Пенсионный советник

Две дороги физики от коллайдера

Михаил Шифман о будущем физики после запуска Большого адронного коллайдера

Наталия Теряева 21.10.2008, 10:54

Во вторник в Женеве пройдёт не очень торжественная в свете недавней аварии церемония «инаугурации» Большого адронного коллайдера. О том, что ждёт физику после его запуска, «Газета.Ru» попросила рассказать одного из основоположников современной теории этих самых адронов, профессора Михаила Шифмана. Его прогноз развития теоретической физики на ближайшие 10–15 лет предлагаем нашим читателям.

— Ожидания, связанные с запланированными экспериментами на Большом адроном коллайдере (LHC), одних физиков воодушевляют, а других, напротив, заставляют говорить, что в случае если не будут обнаружены частица Хиггса и суперсимметрия, то теоретикам придется переквалифицироваться в управдомы. Каково ваше мнение по этому поводу?

— Думаю, надо подчеркнуть, что речь все же идет не обо всей физике, а о физике высоких энергий.

В течение последних двух десятилетий эта наука жила, в общем-то, в кредит. Потому что в нее вкладывались большие деньги, а новых экспериментальных результатов было негусто.

Михаил Шифман

выдающийся физик-теоретик, один из авторов теории, заложившей основы применения квантовой хромодинамики в физике адронов. Учный, ранее работавший в московском Институте теоретической и экспериментальной физики, уже 18 лет живет в США. С 1990 года он – профессор Института теоретической физики университета штата Миннесота.

Раньше, со времен Галилея, физика была эмпирической наукой и развивалась параллельно с получением новых экспериментальных данных. В физике высоких энергий таких серьезных данных, за исключением, пожалуй, массы нейтрино и нейтринных осцилляций, не было лет двадцать пять. Некоторые говорят, что физика высоких энергий может развиваться как математическая наука, но я, как и многие другие, считаю, что без экспериментальных данных не будет и теоретического прорыва. В зависимости от того, будут ли они получены на LHC, возможны два перпендикулярных сценария развития физики высоких энергий. Конечно, отрицательный результат — тоже результат, но он меньше стоит.

Вложения в науку тем отличаются от вклада на депозитный счет в банке, что в банке вам сразу объявляют, какой доход вы будете иметь. Доход от вложений в науку заранее предсказать невозможно. Я считаю, что на сегодняшний день физика высоких энергий в этом смысле чиста перед обществом — она отплатила обществу сполна.

Взять хотя бы один яркий пример — всемирную паутину, совершившую информационную революцию в обществе. Интернет существовал с 80-х годов ХХ века; исходно он был разработан Пентагоном под военные нужды, потом был безвозмездно передан всему обществу для гражданских целей. Сначала он использовался в узкой среде — им было трудно пользоваться. Перелом и настоящий взрыв в развитии сети интернет наступил в начале 90-х годов, когда в ЦЕРНе для нужд физиковбыл предложен проект World Wide Web, а затем изобретен первый в мире гипертекстовый веб-браузер WWW. Эту цепочку технологий завершил американский браузер «Мозаика», и так родилась всемирная паутина. Все локальные сети соединили в мировую паутину, и пользоваться этой сетью стало легко. И, конечно, те преимущества, которые человечество получило от изобретения мировой паутины, стремительное развитие коммуникационных технологий принесли обществу не десятки миллиардов долларов, которые были вложены в развитие физики высоких энергий, а сотни, а может, и тысячи миллиардов долларов или больше.

Так что за прошлые финансовые вложения в науку физики перед обществом абсолютно чисты.

— Каков же ваш прогноз развития теоретической физики вообще, а не только физики высоких энергий на ближайшие десять-пятнадцать лет, или до 2020 года — модного сегодня рубежа?

— Теоретическая физика — это очень широкая наука. В ней есть много областей, которые подпитываются данными, — это, скажем, физика твердого тела. Очень волнующее развитие переживает биофизика. О том, что происходит сегодня в теоретической биофизике, многие люди говорят, что это направление XXI века, поскольку в смысле скорой отдачи для общества здесь открываются очень широкие горизонты.

Если снова вернуться к теоретической физике высоких энергий, то я пришел в эту науку в счастливый для нее период времени — в начале 70-х годов ХХ века, когда теоретически были открыты стандартная модель и квантовая хромодинамика, а во время «ноябрьской революции» 1974 года экспериментально обнаружили чармоний, на нынешнем языке — c-кварки. Когда наука находится на подъеме, то все силы и средства концентрируются, как в военной битве, на направлении главного удара. Я счастливый человек, потому что когда молодой человек приходит в науку в период ее бурного развития, то это, во-первых, дает ему большой заряд энергии на всю жизнь, а во-вторых, предоставляет широкие возможности в выборе тематики исследований. Те молодые люди, кто пришел в эту область на десять-пятнадцать лет позже меня, уже не видели такого бурного расцвета науки, не чувствовали такой эйфории по поводу экспериментальных открытий и надежд на завтрашний день, им не повезло, потому что эти ощущения остаются на всю жизнь.

В дальнейшем развитии теоретической физики высоких энергий я вижу два сценария.

Первый сценарий благоприятный, в осуществление которого я верю. Я верю в то, что все-таки посыплются новые очень интригующие сведения из ЦЕРНа, с Большого адронного коллайдера. Наверняка будут открыты хиггсовские бозоны и в том или ином виде будет обнаружена суперсимметрия. И даже можно с известной долей фантазии предположить что-то неожиданное. Тогда на следующие 30 лет наша наука обеспечена и деньгами, и притоком ярких умов — молодых людей с острым видением мира, рвущихся в бой. Я очень надеюсь на это.

Но все же я не пророк и понимаю, что возможен и другой сценарий: на Большом адроном коллайдере обнаружат частицу Хиггса, а дальше ничего, по большому счету.

И вот тогда вопрос о дальнейшем экспериментальном развитии будет решен не в лучшую сторону, потому что это огромные материальные затраты — речь идет даже не о сотнях миллионов, а о миллиардах долларов.

Общество даже в самых богатых странах не готово делать такие инвестиции просто так. Считается, что на сегодняшний день есть вещи более значимые.

И все же даже при самом неблагоприятном исходе работы LHC я считаю, что теоретическая физика высоких энергий не умрет, а просто станет более академичной наукой, более математизированной и более малочисленной с точки зрения работающих в ней людей. В этом случае физики как-то распределятся небольшими группами в университетах, по несколько человек на каждом физическом факультете каждого университета, и будут потихоньку работать до следующего благоприятного для теоретической физики случая, который может прийти через десять-двадцать лет, а может и позже — кто знает.

— Да и сегодня теоретиков не так уж много: в Англии ядерной физиков занимаются всего около 60 человек.

— Англия, к сожалению, потеряла свой статус великой научной державы, который она имела в XX векe: сначала Резерфорд, потом Дирак, после Второй мировой войны Уотсон и Крик, в 70-е годы Салам… В то время Англия лидировала по многим параметрам. В силу разных причин, в том числе неудачных правительственных решений и неблагоприятного общественного мнения о пользе науки, она перестала быть страной великой науки. Поэтому сегодня Англия в смысле развития теоретической физики не показатель, в физике высоких энергий она не является одной из центральных стран. В этом аспекте надо смотреть на другие европейские страны Германию, Францию, Италию и, прежде всего, на ЦЕРН — центр ядерных исследований Европы. Они несут нынешние научные традиции. И, конечно, Соединенные Штаты Америки.

— Кроме гиганта LHC в мире работают, строятся, готовятся к запуску и другие ускорители для других важных задач — например, для поиска кварк-глюонной плазмы. Неужели их результаты не повлияют на будущее теоретической физики высоких энергий?

— Если говорить об ускорителях типа RHIC и FAIR, то их задачи сами по себе интересные, но совсем другого масштаба. Я думаю, что их нужно решать, но работа над ними не требует такой концентрации умов и человеческого потенциала — ни по числу теоретиков, ни по числу экспериментаторов. Совсем другие порядки величины по сравнению с экспериментами на LHC.

Если сосчитать число теоретиков, которые на сегодняшний день заняты физикой высоких энергий, включая теорию струн, то окажется, что оно намного превосходит те возможности трудоустройства, которые могут обеспечить в сумме все менее масштабные установки типа RHIC и других ускорителей, например, для изучения осцилляций нейтрино и тяжелых кварков. Все это задачи для десятков, а не для тысяч теоретиков, которые сейчас сконцентрированы в физике высоких энергий. В эту область идут самые яркие молодые люди со всего мира, которых привлекает то, что физика высоких энергий — самая фундаментальная наука, работающая на краю знания и незнания. Они идут туда и правильно делают — молодые люди должны быть амбициозными. Но

если не будет прорыва на LHC, то все эти сотни людей окажутся не у дел.

Часть из них будут вытеснены в математические дисциплины — традиционную математическую физику — и, может быть, в теорию струн, которая тоже неизбежно сожмется, потому что сейчас она, в общем-то, необоснованно раздута. Какое-то количество удержится, а остальным придется переориентироваться. Задачи более мелкого масштаба не могут поглотить даже половины тех, кто сегодня работает в физике высоких энергий.

Мне трудно судить о том, как это сейчас происходит в России, но на Западе все связано с финансированием. Особенно это заметно в США, где ученые часть зарплаты получают за преподавание в университете, а другая часть идет из грантов на научные исследования. И, конечно, если осуществится неблагоприятный сценарий развития событий на LHC, то агентства, которые выдают эти гранты, переориентируются по тематике исследований. Не будет литься столько денег, например, в теорию струн. Но что-то сохранится, как, скажем, сохранилась ядерная физика. Это старая наука, но она выжила на определенном уровне финансирования. Конечно, этот уровень намного ниже, чем финансирование физики высоких энергий. Ясно, что на таком уровне финансирование физики высоких энергий заведомо будет продолжено. Но это совсем другой порядок величины.

То есть те деньги, которые сегодня приходят в физику высоких энергий, будут постепенно перекачаны в другие области физики — физику твердого тела, исследования дальнего космоса и общей структуры Вселенной, биофизику, нанотехнологии.

Постепенно это будет происходить в каждом университете примерно таким образом: когда встанет вопрос о принятии на работу нового сотрудника, декан факультета, почесав в затылке, подумает: «А зачем нам еще один человек в группе физики высоких энергий? Лучше усилим группу нанотехнологий или биофизики».

— А как вы относитесь к нанотехнологиям, которые у многих в России вызывают скепсис?

— Я не специалист в этой области, но то, что я слышал от своих коллег, которые в ней активно работают, заставляет меня думать, что это и теоретически очень интересно, а в прикладном смысле это просто бездонный колодец. Работы хватит еще надолго. При этом частично специалисты в области нанотехнологий работают на физических факультетах, а частично на факультетах материаловедения. Они, как и специалисты, работающие в области физики высоких энергий, объединяются в коллаборации, создающиеся под отдельный проект. В общем, на мой взгляд, в ближайшем будущем нанотехнологии – это область, которая заведомо будет получать финансовую поддержку от ведомств и учреждений, раздающих гранты. А что будет через двадцать лет, трудно сказать.