Зачем нужна фундаментальная наука?

Зураб Силагадзе

В последнее время часто слышишь этот вопрос. Замечательный ответ на него дал Роберт Ратбан Вильсон, первый директор Национальной лаборатории ускорителей им. Ферми (США). Когда в 1969 г. в комссии Конгресса США по атомной энергии обсуждался вопрос о выделении денег на постройку лаборатории им. Ферми и его спросили, какое отношение имеет этот дорогостоящий проект к увеличению обороноспособности страны, он ответил: «Он имеет отношение только к уважению, с которым мы относимся друг другу, к достоинству человека, к нашей любви к культуре. Он имеет отношение к тому, хорошие ли мы художники и скульпторы, великие ли мы поэты. Я имею в виду все, что мы действительно чтим в нашей стране и к чему испытываем патриотические чувства. Он не имеет ничего общего с непосредственной защитой страны, за исключением того, чтобы сделать страну достойной защиты» [1].

Ксения Филипчук

Но в наш меркантильный век «рыночных ценностей», когда телевидение и другие СМИ, словно Франкенштейн, порожденный наукой, «как всепогубляющая саранча, нападают на сердце людей повсюду» [2], оболванивают их и вдалбливают эти сомнительные «ценности», боюсь, высокопарные слова Вильсона будут восприняты как еще одно доказательство, что ученые — всего лишь болтуны и тунеядцы, зря проедают народные деньги, удовлетворяют свое любопытство за государственный счет, думая о том, «сколько ангелов может танцевать на булавочной головке?» [3], а пользы от них, как со свиньи — шерсти: визгу много, а обороноспособность страны не обеспечена.

Хотя можно привести «множество примеров, которые демонстрируют практическую и экономическую пользу фундаментальных исследований» [4], обыватель все равно не понимает, зачем государству вкладывать деньги в дорогостоящие научные проекты, если заранее не известно, какие «нанотех-нологии» от них получатся.

Хотя такая логика и содержит долю разумного государственного прагматизма, беда в том, что в науке, как правило, заранее не известно, какая практическая польза получится от конкретного научного исследования, и ученые так устроены, что редко подлинно фундаментальные научные исследования, которые потом имели революционные практические последствия, проводились с целью получения материальной выгоды.

«Я всегда следовал своим интересам, не думая ни о том, во что они для меня выльются, ни об их ценности для мира. Я потратил уйму времени на совершенно бесполезные вещи... Мне просто было интересно, как эти вещи устроены» [5]. Эти слова принадлежит К. Шеннону, который умер 1 марта 2001 г. в массачусетском доме для престарелых, забытый почти всеми. И несведущий человек не поверит, что вся современная многомиллиардная индустрия цифровой передачи данных основана на его идеях.

Поиск темной материи, как ни странно, дает хороший пример неожиданного практического выхода фундаментальных научных исследований. Поиск темной материи, безусловно, принадлежит чистой науке, и трудно поверить, что такие чисто академические изыскания могут привести к чему-либо полезному с точки зрения практической жизни. Когда европейские ученые в Гран-Сассо начинали проектирование и постройку криогенного детектора темной материи CRESST, они бы не поверили, что их исследования найдут практическое применение. Но вот что получилось [6].

Детектор был построен, и в 1999 г. начались первые эксперименты. Темная материя чрезвычайно слабо взаимодействует с обычной материей. Поэтому, во-первых, детектор должен быть очень чувствительным, и, во-вторых, фон, например от естественной радиации, должен быть низким, всего лишь несколько событий в сутки. Но CRESST регистрировал, к ужасу экспериментаторов, тысячи событий в час.

Начались разбирательства. После нескольких месяцев лихорадочных поисков, когда было перепробовано множество правдоподобных и не очень гипотез, причина высокой загрузки детектора наконец была найдена.

Роберт Вильсон

Детектор представлял собой кристалл сапфира, который крепился с помощью небольших, около миллиметра в диаметре шариков сапфира жестко, чтобы избежать так называемого «микрофонного эффекта». Из-за жесткого крепления в местах контакта с шариками в кристалле время от времени возникали трещины, что и регистрировалось как фоновые события. Когда сапфировые шарики заменили на пластиковые, фон сразу упал до ожидаемого уровня. Все вздохнули с облегчением, и, казалось, это конец истории.

Однако несколько лет спустя ученые вдруг осознали, что они имеют уникальный экспериментальный материал по образованию трещин. Так как скорость счета снизилась с тысяч событий в час до нескольких в день, практически все импульсы, записанные ранее, должны были быть обусловлены образованием трещин. И это были многие, многие тысячи событий, записанные с хорошим энергетическим и временным разрешением, в условиях низкого фона. Такая великолепная коллекция наблюдений трещин должна была представлять интерес для кого-нибудь из ученых. Действительно, еще несколько лет спустя, в Финляндии, они нашли соответствующих специалистов и начали анализировать данные.

В результате анализа стало ясно, что криодетекторы дают возможность развить новые технологии для изучения микроразрушений с непревзойденной чувствительностью, в десять миллионов раз выше, чем все предыдущие методы. Это уже уровень одного атома, т.е. можно зафиксировать разрыв всего лишь одной атомарной связи. Следовательно, в процессе изучения темной материи ученые неожиданно получили уникальный инструмент для исследований в материаловедении на уровне нанотехнологий.

Анализ показал, что в статистических свойствах возникновения микроразрушений есть поразительное сходство с землетрясениями. Несмотря на огромную разницу в шкале энергий и большие различия сапфира от земной коры, просматриваются даже количественные совпадения. Это удивительно и является вызовом для теории, так как, возможно, указывает на существование некоторого универсального механизма. Не исключено, что, если мы разберемся в данном механизме, это поможет лучше предсказывать землетрясения.

Это еще не вся история. По счастливому стечению обстоятельств, брат одного из лидеров коллаборации CRESST был микробиологом. Масс-спектрометрия с макромолекулами является ценным и часто используемым инструментом в молекулярной биологии. Но большие молекулы имеют маленькую скорость, и их очень трудно регистрировать обычными методами, которые требуют первичной ионизации в детекторе. Возникла идея для этой цели использовать криодетектор, для которого не важна скорость макромолекулы, а важно только количество выделенной ею энергии в детекторе. В этом смысле макромолекула с энергией 20 кэВ для криодетектора ничем не отличается от электрона с такой же энергией.

Таким образом, простая идея, что 20 кэВ=20 кэВ, привела к производству коммерческих устройств, которые очень перспективны в микробиологии и в медицине [6,7]. Можно привести и другие примеры практической пользы от фундаментальной науки [4], но это не главный ответ на вопрос «зачем нужна фундаментальная наука?».

На самом деле наличие фундаментальной науки гораздо сильнее влияет на жизнь общества чем это можно предположить чисто из технологических соображений. Дело в том, что фундаментальная наука -это важная часть общей культуры общества. Ее наличие указывает на высокоразвитое общество, на совсем другой уровень образования, мотиваций и жизненных установок членов этого общества. Иначе эту самую фундаментальную науку нельзя привить и культивировать. В примитивном обществе нет фундаментальной науки. Лживое коррумпированное общество не может поддерживать фундаментальную науку. Ее нельзя создать никакими средствами, получится всего лишь «наука самолетопоклонников», имитация настоящей науки: «У тихоокеанских островитян есть религия самолетопоклонников. Во время войны они видели, как приземляются самолеты, полные всяких хороших вещей, и они хотят, чтобы так было и теперь. Поэтому они устроили что-то вроде взлетно-посадочных полос, по сторонам их разложили костры, построили деревянную хижину, в которой сидит человек с деревяшками в форме наушников на голове и бамбуковыми палочками, торчащими, как антенны, -он диспетчер, — и они ждут, когда прилетят самолеты. Они делают все правильно. По форме все верно. Все выглядит так же, как и раньше, но все это не действует. Самолеты не садятся» [8].

Дело в том, что человеческое сознание, которое определяет поступки, — дело тонкое. «Дурак видит не то же самое дерево, которое видит мудрец» (афоризм У. Блэйка). . И от того, каким содержанием наполняется коллективное бессознательное общества, зависит вся жизнь общества. Если из этого коллективного бессознательного изгнана фундаментальная наука, не будет и других проявлений культуры: «Рейтинг — это послание тупых тупым. Любую звезду можно сделать популярной, только что это за известность? Вот у Высоцкого был высочайший рейтинг и бешеная популярность. Так этот рейтинг был совершенно особенный, не такой, как сейчас. Рейтинг талантливого человека среди умных людей. Я же присматривался, я видел — он сам не осознавал масштабов своей популярности. И кто нам его представил? Кто нам его показал? Не он сам. Нам его подарила научная интеллигенция, для которой он начал петь! Эти все люди, которые делали атомную бомбу, эти все люди, которые оружие вырабатывали в борьбе с Америкой в почтовых ящиках, его услышали, записали и — подарили всем! Потому что рабочий класс, при всем преклонении перед Высоцким сегодня, не мог сразу его «раскусить». Это могло сделать только высшее жюри — молодые люди, ученые, красивые, интеллектуальные. Чьи имена были в американских научных книгах. Которые сейчас живут где-то в Сан-Франциско, потому что уехали. И Высоцкого второго нет — потому что их тоже нет! Не может появиться второй Высоцкий, если нет такой публики! Как говорится, «рассмешить могу — смеяться некому!»

Они создавали и меня, они создавали Окуджаву. Сейчас их нет. Сейчас взамен ученой и интеллигентной публики прибыли администраторы радио, телевидения - порочный народ! Из такой породы — «всё ел, всё пил, всех имел»!» (М. Жванецкий) [9].

Для общества опасно, когда министр образования и науки РФ считает, что «высшая математика убивает креативность» [10]. Вы даже не представляете, насколько это опасно. Высшая математика, конечно, убивает креативность. Некоторое время назад мы смотрели фильм «Рейд на Энтеббе» о контртерористической операции израильских спецслужб в Уганде, куда террористы посадили угнанный самолет (об этой операции можно прочитать, например, в [11]).

Самым запоминающимся персонажем в этом фильме был угандийский диктатор Иди Амин (в исполнении американского актера Яфета Котто). Легендарный Иди Амин. Вот точно у кого высшая математика не подавляла креативности. До службы в британской армии он вообще был безграмотным. Но ничего, все равно оказался «не дурее других». Даже стал президентом Уганды. Правил страной он экстравагантно, на основе откровений, озаряющих его. Провозгласил себя пожизненным президентом Уганды. Присвоил много пышных титулов, таких, как «Завоеватель Британской империи в Африке вообще, и в Уганде в частности», «Король Шотландии» [12], «Повелитель всех зверей на земле и рыб в море». Был отменным спортсменом и большим шутником. Например, объявил войну Соединенным Штатам Америки всего лишь для того, чтобы на следующий день объявить себя победителем. Если вы думаете, что угандийскому народу жилось весело при таком эксцентричном правителе, посмотрите биографию Иди Амина [13], чтобы понять, что может случиться в стране, где человеческую «креативность» не ограничивает высшая математика.

Так мы подходим к основному ответу на вопрос «зачем нужна фундаментальная наука?» Фундаментальная наука нужна для того, чтобы в один прекрасный день мы, проснувшись, не обнаружили, что нами правит «Повелитель всех зверей на земле и рыб в море». Но это, в сущности, тот же самый ответ, что дал Роберт Ратбан Вильсон американскому Конгрессу.

1. A. Silverman. The magician: Robert Rathbun Wilson 1914—2000, CERN Courier, Mar 7, 2000, http://cerncourier.com/cws/article/cern/28180

2. Н.В. Гоголь. Светлое Воскресенье, www.pravoslavie.ru/put/biblio/gogol/gogol29.htm

3. З.К. Силагадзе. Сколько ангелов может танцевать на булавочной головке? www.scientific.ru/journal/translations/angel.html

4. C.H. Llewellyn Smith (former Director-General of CERN). The use of basic science http://public.web.cern.ch/public/en/About/BasicScience1-en.html

Русский перевод: К. Льювеллин Смит, Чем полезна фундаментальная наука? www.jinr.ru/section.asp?sd_id=94

5. Б. Киви. Книга о странном. Гл. 5.4, www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/Kivi/22.php

6. L. Stodolsky. Some Practical Applications of Dark Matter Research, http://arxiv.org/abs/0810.4446

7. E Previtali. 20 years of cryogenic particle detectors: past, present and future, www.bo.infn.it/sminiato/sm04/pa-per/ep/previtali.pdf

8. Р. Фейнман. Наука самолетопо-клонников, www.skeptik.net/pseudo/feynman1.htm

9. М. Жванецкий. Голые женщины страну не спасут! www.peoples.ru/art/literature/prose/humor/jvaneckiy/history7.html

10. Фурсенко хочет избавить российских школьников от высшей математики, www.rian.ru/society/20090211/161744109.html

11. Ури Дан. Операция «Энтеббе», http://lib.ru/MEMUARY/MEADEAST/dan.txt

12. Можно прочитать роман Ж. Фодена «Последний король Шотландии» http://amphora.ru/book.php?id=1736 или посмотреть одноименный фильм. За роль Иди Амина в этом фильме американский актер Форест Уитакер получил «Оскара».

13. Амин Иди. Статья в Википедии, http://ru.wikipedia.org/wiki/Амин Иди

http://trv-science.ru/2010/09/28/zachem-nuzhna-fundamentalnaya-nauka/