02/22/2009 | Л. А. Арцимович

http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/ARCHI.HTM
Новый мир, №1, 1967 г.

Академик Л. А. Арцимович
ФИЗИК НАШЕГО ВРЕМЕНИ

(Заметки о науке и ее месте в обществе)

Быстрое изменение всех сторон жизни человеческого общества приучило нас пользоваться историческими параллелями и противопоставлениями для того, чтобы выделять и оттенять черты сегодняшнего дня на фоне сравнительно недалекого прошлого.

...Штыковая атака пехоты на окопы, опутанные колючей проволокой, и взрыв мегатонной термоядерной бомбы; дрожащие, нечеткие кадры незатейливых кинокомедий с участием давно забытого Макса Линдера и жизнь, такая, как она есть, без прикрас, в современном итальянском кинофильме; изба чалдона в глухой тайге и панорама гигантской электростанции на одной из великих рек Сибири...

Такие сравнения обладают, по-видимому, одним существенным недостатком: они набили оскомину, превратившись в стандартный публицистический прием. Слишком много дидактики приходится в наше время на каждого взрослого (не говоря уже о маленьких), а сравнение прошлого и настоящего - это один из главных дидактических элементов. И все же трудно обойтись без сравнительного анализа, когда размышляешь о таком значительном направлении человеческой деятельности, каким является дальше всего продвинутая область науки - современная физика. Он позволяет продемонстрировать, как одна из безобидных форм любознательности превратилась в кладезь ослепительных чудес и в инструмент, самый опасный для нас и для будущих поколений, как изменилась в связи с этим роль науки в жизни общества, какую трансформацию претерпели методы и формы научных исследований, как вместо небольшой группы ученых по призванию появилась профессиональная армия научных работников и возникла сложная проблема организации науки в масштабах больших государств.

Сдвинемся поэтому во времени на небольшое расстояние назад и остановимся на рубеже, где девятнадцатый век смыкается с двадцатым. Такой выбор исторического фона становится естественным, если посмотреть, как развивалась физическая наука. График, с помощью которого можно было бы изобразить процесс развития физики в зависимости от времени, по форме должен быть очень похож на взлетную траекторию современного скоростного самолета. Сравнительно длинный разбег, плавный отрыв от земли и - почти немедленно вслед за этим - переход к крутому подъему со все ускоряющимся набором высоты.

Для физики рубеж двух столетий отличает тот короткий интервал времени, когда все круто пошло вверх. Это конец взлетной дорожки и преддверие новой эры, в начале которой атом из абстрактного образа, рожденного фантазией древних философов, превращается в реальный объект физического исследования, чтобы затем выйти на арену военной и политической истории. Атмосферу этого переходного периода, от которого нас отделяет всего несколько десятилетий, трудно почувствовать на каком-либо одном примере. Представление о нем начинает складываться, когда мы перелистываем монографии и учебники физики, изданные в то время, знакомимся с самодельными приборами Рентгена, Дж.Дж. Томсона и Резерфорда, рассматриваем старинные фотографии физиков, собравшихся на очередном Сольвеевском конгрессе или уединившихся в своей тесной лаборатории, и читаем те немногие строчки петита, которыми широкая пресса откликалась на страницах популярных иллюстрированных журналов на поразительные научные открытия.

Интересующиеся историей развития научных идей прежде всего обратят внимание на глубокий разрыв между физикой университетских учебников той эпохи и физикой, рождавшейся на глазах ее современников. Взглянем на учебник и бегло просмотрим его. Перед нами несколько томов в твердых, тяжелых переплетах, заключающие в себе энциклопедию избранных физических знаний. Эти тома полны величием незыблемых заповедей природы, отраженных в торжественных формулировках законов ньютоновской механики, в первом и втором начале термодинамики, в уравнениях электростатики и магнетизма, в классических опытах по интерференции и дифракции света. Все это так фундаментально, так давно отстоялось и выглядит таким законченным. Ветер новых идей и новых открытий почти не коснулся этих страниц.

А атомы и электроны? Они, вероятно, все же существуют, но достоверность рассуждений и теорий в этой новой области так невелика. Поэтому они еще не могут претендовать на равное место с твердо установленными физическими законами. В крайнем случае им можно уделить в учебнике некоторое место, но лучше дать его мелким шрифтом.

В какой-то степени этот налет консерватизма - неизбежный недостаток любого учебника.

Побуждаемый необходимостью представить науку в виде стабильного комплекса сведений, автор учебника соответственно выбирает материал, отбрасывая то, что ему кажется недостаточно хорошо проверенным, проблематичным и зыбким. В результате он невольно добивается того, что у читателя, приступающего к изучению новой области, создается впечатление о ее законченности. В основном как будто бы все уже сделано и теперь остается главным образом деталировка. Поэтому учебник может иногда ослабить волю читателя к самостоятельному мышлению, демонстрируя ему науку как собрание хорошо охраняемых памятников прошлого, а не как дорогу в окутанное туманом будущее.

Существует также чисто психологическая причина консерватизма учебников. Они обычно пишутся людьми старшего поколения для начинающей молодежи, в то время как среднее поколение своими исследованиями меняет лицо науки, расширяя или ломая сложившиеся ранее представления. Контраст между научным мировоззрением двух следующих друг за другом поколений становится особенно резким тогда, когда начинается переломный период в развитии науки. Рассматриваемая нами эпоха служит для этого хорошим примером.

В конце XIX века было в основных чертах завершено построение тех разделов физики, в которых главная роль принадлежит законам, выведенным путем широкого обобщения данных опыта. Здесь еще не было настоятельной необходимости искать под поверхностью фактов скрытую игру атомных или молекулярных механизмов.

К таким разделам принадлежит ньютоновская механика, геометрическая и волновая оптика, учение об электрическом и магнитном поле и - с некоторой оговоркой - термодинамика (общая теория тепловых процессов).

Построение этого феноменологического фундамента, на котором зиждется физика обычных, макроскопических явлений, - великое завоевание двух прошлых веков. Оно было начато еще Галилеем и Ньютоном и закончено Максвеллом и Гиббсом. Математическая стройность теории, базирующейся на простых исходных положениях, проверенных точнейшими измерениями, в соединении с наглядностью представлений и образов придавала физике конца XIX века ту гармоничность, которая легко вызывает иллюзию законченности.

Некоторые из выдающихся физиков рассматриваемой эпохи высказывались в том духе, что важнейшие рубежи в физике уже пройдены и общие основы научного мировоззрения твердо установлены. Такие мнения нельзя просто отбрасывать как проявление индивидуальной близорукости (легко быть дальнозорким - постфактум) или как результат вредного влияния модных философских идей. В действительности они были естественным продуктом определенного периода в развитии науки и психологически были в какой-то степени оправданы.

Вместе с тем в это же самое время в лабораториях Рентгена, Кюри, Дж. Дж. Томсона и Резерфорда быстро накапливались новые экспериментальные факты, которые подготовили революцию в физической науке. Это были первые шаги новой физики, исследующей явления микромира.

Одновременно со вторжением эксперимента в нетронутую глубину атомных процессов появились явные признаки грядущего радикального пересмотра той научной идеологии, основы которой казались незыблемыми и почти самоочевидными на протяжении всей истории человеческой мысли. Пересмотру подлежали прежде всего фундаментальные абсолюты классики: абсолютное пространство, абсолютное время, абсолютная причинность и абсолютное тождество пространственно-временного описания процессов для макромира и микромира.

В 1900 году Планк предложил квантовую теорию теплового излучения, основным элементом которой было предположение о дискретном характере поглощения и испускания световой энергии. Это предположение было совершенно чуждо классическим представлениям о непрерывности физических процессов.

В 1903 году Резерфорд и Содди выдвинули идею о самопроизвольном распаде радиоактивных атомов, при котором индивидуальная судьба каждого атома регулируется законами случайности.

В 1905 году Эйнштейн создал специальную теорию относительности. Это был сокрушительный удар по аксиомам классической физики: были разрушены представления об абсолютном времени. Возникла новая смелая концепция пространства и времени, вначале встреченная большинством современников крайне скептически и завоевавшая всеобщее признание только через долгие годы.

Итак, нашим непосредственным предшественником был физик 1900 года. Постараемся представить себе то, что его окружало, и ту атмосферу, в которой ему приходилось вести свои исследования. Каково было бы первое впечатление, если бы мы приоткрыли двери его лаборатории?

Тесное, неприспособленное помещение - нечто аналогичное препараторской, где в наше время готовятся демонстрации но физике для студентов периферийного педагогического или медицинского вуза. Небольшой шкаф с наиболее ценными приборами и запасом необходимых для эксперимента мелочей: разрозненных деталей оптики, проволоки, металлической фольги, кварца и кварцевых нитей, ртути, замазок, резины, реостатов, катушек и самодельной аппаратуры.

В лаборатории господствует система натурального хозяйства. Детали экспериментальных установок и специальные измерительные приборы изготовляются на месте. Поэтому мы находим здесь токарный станок - один из наиболее ценных элементов оборудования, набор слесарных инструментов, стеллажи или шкафы, где хранятся химические реактивы, стекло, эбонит и поделочные металлы.

Где-нибудь в углу стоят аккумуляторы и гальванические элементы, вносящие свой кислый запах в общий неуютный аромат лаборатории. Мелкие капли ртути, блестящие в щелях деревянного пола, - внешний признак того, что под полом собрались большие ртутные лужи. На грубых, но прочных лабораторных столах размещаются экспериментальные установки, иногда довольно сложные, но всегда сравнительно небольшие и недорогие в изготовлении. Эти самодельные настольные сооружения кажутся очень скромными, если сравнить их, например, с большими телескопами астрономических обсерваторий.

Обычный штат лаборатории - ее глава, его ассистент, два-три молодых человека, делающих свои первые (а часто и последние) шаги в науке, и пожилой препаратор - он же механик, электрик, стеклодув, хранитель традиций и наиболее положительная фигура в лабораторном ансамбле.

Занятия физикой, как и другими естественными науками, в те годы не сулили блестящей карьеры, и, может быть, поэтому среди молодежи, начинавшей исследовательскую работу, относительно высокий процент составляли те, для кого движущим импульсом служил неподдельный интерес к науке. Для многих, однако, кратковременное пребывание в лаборатории было лишь необходимой ступенькой на пути к верному и спокойному будущему преподавателя высшей школы.

В 1900 году всех известных физиков России можно было усадить на одном диване, а сумма средств, расходовавшихся в нашей стране на физические исследования, была во много раз меньше, чем расходы на содержание конюшен дворцового ведомства.

В Германии, Англии и Франции, которые в это время были средоточием научной мысли, финансирование физических исследований также отнюдь не отличалось большой щедростью. В этих условиях одним из основных залогов успеха в научной работе было рукодельное мастерство ученого и универсальное знание им всех видов ремесла, применяемых в лабораторной практике. Хороший физик-экспериментатор должен был быть прежде всего мастером золотые руки. Он собственноручно изготовлял наиболее ответственные детали каждой новой экспериментальной установки, собирая их с начала и до конца в своей лаборатории.

Сейчас, когда мы рассматриваем в лабораторных музеях самодельные приборы, с помощью которых были сделаны открытия, положившие начало современной физике, то иногда они кажутся несколько неуклюжими и неаккуратными. И в то же время каждый такой прибор, как правило, был конечным итогом долгого, терпеливого труда, где неудача следовала за неудачей до тех пор, пока упорство и искусство экспериментатора не побеждали затяжную полосу невезения.

Что могло быть наградой за этот упорный труд? Прежде всего ощущение близкого контакта с глубокими явлениями физического мира, возможность наблюдать процессы, которые были непосредственным свидетельством поведения атомных частиц, и наконец те исключительные моменты в жизни исследователя, когда нечто давно жданное или же совершенно неожиданное заставит в первый раз затрепетать стрелки приборов или бросится в глаза на еще не высохшей фотопластинке.

У физиков начала XX века было перед нами одно драгоценное преимущество - осязаемая близость к объекту исследования. Вот они, эти атомные частицы. Вы видите, какие вспышки они дают. ударяясь об экран из сернистого цинка. А здесь, в этой круглой колбе с несколькими отростками и металлическими электродами, вставленными с разных сторон, зеленый блик гуляет по стеклу, когда мы присоединяем электроды к примитивному источнику высокого напряжения - катушке Румкорфа. Сейчас, когда вечерами миллионы людей смотрят на экраны телевизоров, происхождение такого блика понятно даже школьникам средних классов. А в конце прошлого века из таких наблюдений зарождались представления о микроструктуре вещества.

У поколения поздних золотоискателей, то есть у физиков второго послевоенного периода, естественно, появляется зависть к людям, на долю которых досталась вся свежесть первого знакомства с электронами, квантами света и быстрыми атомными частицами.

Зато у них не было такого завидного положения в обществе, как у нас, за ними не гонялись представители радиовещания и телевидения и их высказывания не печатались в газетах на видном месте. Самая замечательная работа, выполненная ими, вызывала живой интерес только в очень узком кругу специалистов. Это было время, когда никто не баловал тщеславие ученого и его вознаграждением было только удовлетворение результатами собственной работы. Физики в этом отношении не выделялись среди представителей других разделов естествознания. В конце XIX и в начале XX века не было причины ставить физическую науку на особое место, хотя Резерфорд и говорил, что все науки можно разделить на две группы, а именно - на физику и коллекционирование марок.

Широким слоям общества было почти ничего че известно, да и не очень интересно было знать о том, что делается за стенами научных лабораторий. Только в тех исключительных случаях, когда необычность нового физического явления била прямо в глаза, как это имело место при открытии рентгеновских лучей, любопытство широкой публики могло быть возбуждено до высокого уровня. Но здесь действовал чисто зрелищный эффект - удивление от неожиданного.

Читателям газет и толстых журналов были гораздо ближе представители гуманитарных наук - историки и археологи, философы и филологи. Связанные непосредственно с социальными проблемами своего времени и миром искусства, они, естественно, могли казаться эталоном мудрости и хранителями завоеваний мировой культуры. Если можно было искать ключи для решения важных вопросов о границах познания, о смысле жизни, о путях и целях прогресса, то только в жилетных карманах ученых гуманитарных специальностей. Их связывали узы дружбы с выдающимися писателями, популярными артистами, композиторами и художниками. Вы могли встретиться с ними в политических салонах или на художественных выставках для избранных. На современном языке можно сказать, что они были носителями информации, которая наиболее высоко ценилась интеллигентной прослойкой общества того времени.

Представители естественных наук могли рассчитывать на глубокий авторитет и широкое признание лишь в тех случаях, когда их работы по своему значению выходили за рамки специальных дисциплин или же разрушали веками державшиеся догмы. Что касается последнего, то за всю историю науки до начала XX века это произошло только дважды - при появлении теории Коперника и учения Дарвина.

Между прочим, нетрудно заметить, что у гуманитарных наук есть перед естественными науками очевидное преимущество с точки зрения любого неспециалиста. Оно сосгоит в разной степени доступности соответствующей научной информации. В одном случае эта информация может быть передана языком, понятным каждому, а в другом она закодирована посредством очень сложного шифра и может пробить дорогу к широкому читателю только с помощью популяризации. А ведь известно, что популяризация - это, как правило, все-таки суррогат знания, иллюзия прикосновения к науке.

Попытаемся несколько обобщить наши представления об основных чертах всего того, что относится к сфере естественных наук и в особенности к физике в рассматриваемую эпоху.

Наука наших предшественников была произвольным и необязательным продуктом свободной творческой деятельности очень небольшой группы любителей. Традиционно наука была связана с университетами, но для университетского персонала она играла скорее роль приятного отвлечения от педагогической работы, чем основного занятия. Научные исследования, взятые сами по себе, в это время еще не принадлежали к категории оплачиваемого интеллигентного труда. Профессия научного работника отсутствовала в той многочисленной группе профессий, в которую входили различные виды деятельности работников интеллигентного труда. Проще говоря - наука не была службой. Научных учреждений государственного подчинения почти не существовало (за исключением небольшого числа астрономических обсерваторий, издавна считавшихся необходимым элементом престижа для каждого развитого государства).

Такое положение вещей было естественным в то время, когда научные исследования не оказывали непосредственного и немедленного воздействия на технику, экономику и политику. Промежуток времени между появлением новой научной идеи и моментом, когда она начинала приносить ощутимые практические плоды, обычно был настолько велик, что влияние науки на всеми видимый прогресс техники трудно было уловить. До конца прошлого века такое влияние можно было вообще отрицать *, так как не наука вела за собой технику, а скорее техника подталкивала науку. В общем же, они развивались по параллельным и практически независимым путям. Паровая машина Уатта и паровоз Стеффенсона успешно работали еще задолго до того, как Карно сделал первый шаг в разработке принципов термодинамики. Когда Эдисон построил в Нью-Йорке первую электростанцию, то теория электромагнитных явлений уже существовала. Однако великий изобретатель ни в какой степени не руководствовался выводами науки. Ему были неизвестны даже законы Ома и Кирхгофа - азбука теории электрических цепей.

* Иллюстрацией могут служить слова Стендаля из "Записок туриста": "А в машинах, как и в политике, важен только опыт; теория - это лишь мечта".
В конце прошлого века корабли науки, идущие по глубокой воде, начали быстро обходить следующие параллельным курсом по мелководью флотилии технических изобретений. Но все же воздействие научных открытий на технику оставалось медленным и слабым. Подавляющему большинству людей того поколения, в жизнь которого впервые вошло радио, осталось неизвестным, что в основе этого достижения техники лежали уравнения, написанные скромным профессором физики за пятьдесят лет до этого.
Эта кажущаяся невесомость результатов делала науку чем-то очень далеким от практических задач повседневной жизни человеческого общества. Она придавала ученым положение, аналогичное положению представителей различных форм искусства, но только без той романтической дымки, которая по традиции окружала последних.

Обратимся теперь для сравнения к нашему времени. За несколько десятилетий положение и роль науки в жизни общества радикально изменились. Состояние научных исследований, их масштаб и темпы развития - это сейчас важнейшие признаки, по которым можно судить о могуществе государства. Наука стала одним из основных элементов национального престижа. Исследования во всех областях естествознания приобрели настолько широкий размах, что в них оказались вовлеченными десятки и сотни тысяч людей. Чрезвычайно сильно возросли расходы на проведение экспериментов, и поэтому научные исследования заняли заметное место в общей сумме национальных расходов каждой большой страны.

Расшифровка строения атома и открытие новых квантовых законов механики микромира подняли физику в первой половине XX века на головокружительную высоту. Ясно обозначилась гегемония физики среди других отраслей естествознания. Природу сил химической связи удалось объяснить только на основе идей, рожденных квантовой механикой. После того как это произошло, химия в идейном отношении должна была подчиниться физике. В астрономии на первый план выдвинулись астрофизические проблемы, естественно входящие в общий широкий строй физической тематики нашего времени.

Все переменилось в физике - и проблематика, и психология мышления, и самый характер исследований.

Изменение в характере исследований было связано прежде всего с тем, что на смену самодельным приборам настольных масштабов пришли установки такого рода, как современные ускорители заряженных частиц, исследовательские атомные реакторы, спутники и космические корабли для исследования околоземного пространства и планетной системы, плавучие лаборатории акустиков и геофизиков, до краев заполненные сложной аппаратурой, и т. д. Изготовление такой аппаратуры стало делом промышленности и превратилось в самостоятельную отрасль техники - точнее говоря, породило целую группу новых технических областей.

Возникли специальные конструкторские бюро для проектирования уникального научного оборудования, изготовление которого во многих случаях под силу только крупнейшим промышленным предприятиям. Эта индустриализация науки неизбежно должна была привести к новым методам проведения экспериментальных исследований. Индивидуальная научная работа в наиболее важных разделах физики уступила свое место коллективным научным разработкам. Так, например, в осуществлении одного эксперимента по физике элементарных частиц на большом. ускорителе фактически участвует по меньшей мере несколько десятков людей - те, кто планирует эксперимент, управляет работой ускорителя, конструирует, изготовляет, устанавливает и налаживает сложную регистрирующую аппаратуру; те, кто ведет первичную обработку и отбор результатов измерений: те, кто с помощью вычислительных машин получает количественные характеристики исследуемых процессов, и наконец те, кто обсуждает эти результаты, сравнивает их с предсказаниями теории и придает им компактную форму журнальных статей.

В цепочке людей, связанных одним экспериментом, мы находим физиков-теоретиков, физиков-экспериментаторов, лаборантов-наблюдателей и лаборантов-сборщиков, программистов и вычислителей, конструкторов, инженеров-электриков, обслуживающих ускорители, и квалифицированных рабочих и техников разных профессий (электриков, радистов, вакуумщиков, сантехников и т. д.) *.

* Положение может вскоре измениться благодаря быстрому прогрессу в автоматизации экспериментов. Непосредстврнная (прямая) связь экспериментальной установки с вычислительной машиной, обрабатывающей результаты измерений и управляющей процессом по заранее заданной программе, позволяет исклю-1игь ряд промежуточных звеньев и свести к минимуму численность персонала, непосредственно принимающего участие в эксперименте. В принципе один человек может один раз нажать одну кноп ку - н вся информация будет получаться автоматически. Однако объем и сложность подготовительной работы при этом не уменьшаются.
Естественно, что в условиях, когда ощущается инерция громоздкого оборудования, когда аппаратура готовится к работе месяцами, а иногда и годами, когда успех работы невозможен без строгого согласования всех ее этапов и элементов, отдельный участник исследования поставлен в такие рамки, что ему трудно полностью продемонстрировать свои возможности (научных работников много, а ускоритель один). Рутинный элемент в экспериментальных исследованиях приобретает значительно большую роль, чем это было прежде. Требуется большое число исполнителей, которые, с одной стороны, должны обладать достаточно высокой специальной квалификацией и, с другой стороны, не обязательно должны проявлять большую инициативу. Первому требованию в настоящее время удовлетворяет большинство оканчивающих физические вузы, но не все эти молодые люди согласны мириться с пассивной ролью исполнителей. Впрочем, противоречие интересов между физиками с различным стажем и опытом, работающими на больших установках, пока еще не имеет удручающего характера, и при правильной организации исследований талантливые молодые люди могут найти путь для полного проявления своих способностей. Здесь следует подчеркнуть слово "организация" - оно должно быть написано большими буквами на знамени современной науки.
Непрерывный рост средств, затрачиваемых на физические исследования, и то внимание, которым они окружены, есть прямое следствие громадного значения практических применений современной физики. Нерадостно об этом напоминать, но физика приобрела авторитет прежде всего благодаря тому, что на основе ее открытий было создано самое мощное оружие массового уничтожения. В дальнейшем, однако, оказалось, что физические исследования находят практические приложения исключительной ценности не только в области военной техники. Основные разделы современной физики стали почти неисчерпаемым источником новых идей, революционизирующих главные направления техники - энергетику, электротехнику и радиотехнику, технологию обработки металлов, оптическую технику и т. д.

Благодаря этому физика первой среди других научных дисциплин приобрела общегосударственное значение. Один за другим ее разделы перешли в разряд особо опекаемых. Дождь щедрых ассигнований выавал после второй мировой войны размножение новых исследовательских центров и обеспечил развитие научных разработок по широкому тематическому диапазону. Резкое увеличение масштаба и интенсивности исследований привело к тому, что физика, сохранив за собой главенствующую роль в развитии естественно-научного мировоззрения, вместе с тем превратилась в своеобразную новую отрасль индустрии. Это массовое производство интеллектуальных ценностей - больших и малых научных открытий, новых сведений о свойствах материи, новых методов и новых теорий. Около шестидесяти тысяч статей, заметок и монографий в год - таков валовой объем этого производства, выраженный в формальных единицах.

Конечно, это совсем необычная индустрия. Ее своеобразие состоит в том, что наиболее ценные продукты ее производства нельзя не только запланировать, но даже предвидеть заранее. Такова наука. Неизвестно, на какой из веток ее высокого дерева вырастет золотое яблоко успеха. Даже такой замечательный результат, как освобождение внутриядерной энергии, появился не на главной линии развития ядерной физики. По существу он связан с тем случайным обстоятельством, что в элементарном акте деления при захвате одного нейтрона ядро урана выбрасывает два новых нейтрона и поэтому процесс деления урана может при определенных условиях носить лавинный характер. Это, конечно, не типичный случай. В подавляющем большинстве физических исследований мы имеем дело с более простой ситуацией, когда результатом работы бывает очень небольшой шаг в заранее заданном направлении - расширение или уточнение полученной ранее информации.

При грубой классификации физические проблемы можно разделить на два главных класса: аналитические и синтетические. В проблемах аналитического характера мы ищем принципиальную основу глубоких процессов, происходящих в природе, все время находясь на грани совершенно неизведанного. Такое положение в настоящее время характерно для двух крайних направлений физической науки - физики элементарных частиц и астрофизики, связанных с изучением свойств материи в самых малых и самых грандиозных объемах. Выбор конкретных целей исследования на этих направлениях диктуется внутренней логикой развития науки. Именно здесь мы можем ожидать революционных потрясений основ научной идеологии.

Во всех остальных физических проблемах, которые следует отнести к классу синтетических, ситуация иная. Зная структурные элементы, из которых построена та или иная физическая система (например, кристалл, жидкость, плазма), мы должны до конца расшифровать ее архитектурный план и объяснить механизм процессов, происходящих в системе, на основании общих законов, управляющих взаимодействием огдсльных частиц (вывести свойства коллектива из свойств образующих его элементов).

Следует отметить одно характерное свойство проблематики этого класса. Движущим стимулом в разработке большинства относящихся сюда вопросов служит не только и даже нс столько логика развития научных идей, сколько перспективы разнообразных практических применений (иногда близкие, но довольно ограниченные по своему значению, а иногда далекие, но очень завлекательные). Этот стимул оказывает сильное влияние на психологию физического мышления и на методы подхода к решению научных проблем. Вместо традиционного для науки вопроса "как это объяснить?" главным вопросом, на который должно дать ответ научнор исследование, становится "как это сделать?". А "сделать" нужно новое вещество или новый процесс с заранее намеченными свойствами. На многих направлениях физики грань между наукой и техникой стирается и цепь научных исследований непрерывно переходит в последовательность технологических и конструктивных разработок.

Таким образом, современная физика - это своего рода двуликий Янус. С одной стороны - это наука с горящим взором, которая стремится проникнуть в глубь великих законов материального мира. С другой стороны - это фундамент новой техники, мастерская смелых технических идей, опора обороны и движущая сила непрерывного индустриального прогресса.

Во многих популярных книгах и журналах легко обнаружить стремление показать, что движение физики с каждым годом ускоряется, что на переднем крае ее наступления сплошным потоком следуют друг за другом открытия все возрастающего значения и одна смелая теория открывает дорогу следующей за ней. Казалось бы, так и должно быть при коллективном научном творчестве и быстром обмене научной информацией. Каждая новая идея в этих условиях должна мгновенно подхватываться и развиваться дальше, становясь исходной точкой некоторого лавинного процесса. Однако на самом деле все обстоит сложнее.

С каждым годом физикам приходится пробиваться через все более глубокие слои все более твердой породы. Все то, что лежало на поверхности, давно открыто, исследовано и понято. Новые закономерности в мире элементарных частиц, относящиеся к дистанциям порядка 10-15 см, или же в мире недавно открытых сверхзвездных объектов, отделенных от нас миллиардами световых лет, требуют для своего исследования и осмысливания крайнего напряжения усилий физиков и астрофизиков, непрерывного технического перевооружения лабораторий с переходом к экспериментальным установкам все более грандиозного масштаба и поистине астрономической стоимости. При работе на самом переднем крае науки возможности используемой аппаратуры исчерпываются очень быстро. Поэтому темп продвижения физики на тех ее направлениях, которые имеют наибольшее принципиальное значение, определяется в значительной степени скоростью перестройки технологической базы исследований, а эта скорость зависит от ряда факторов экономического и технологического характера, не связанных с непосредственными целями экспериментов.

Для того чтобы соорудить, скажем, ускоритель заряженных частиц на сто - двести миллиардов электрон-вольт (таких пока еще нет), потребуется не менее десяти лет, начиная с того момента, когда вопрос о таком строительстве будет впервые серьезно поставлен. К этому надо добавить, что не всякое измерение, выполненное на большой установке, позволяет существенно продвинуться вперед. Как правило, результаты большого значения получаются только в экспериментах типа поисков иголки в стоге сена. Приходится просматривать десятки тысяч снимков, сделанных во время работы большого ускорителя, пытаясь найти среди множества зарегистрированных на них "банальных" процессов взаимодействия быстрых частиц новую форму такого взаимодействия, существование или отсутствие которой имеет решающее значение для проверки теоретических идей.

На языке, близком экономисту, можно сказать, что за последние годы в физике происходит непрерывное и чрезвычайно быстрое увеличение себестоимости научных открытий (то есть материальных и интеллектуальных затрат, связанных с каждым из них). Для того чтобы в какой-то степени скомпенсировать влияние этого обстоятельства на темпы движения науки, необходимо быстро увеличивать ассигнования и численность научных работников. Однако нужно иметь в виду, что на самых трудных участках научного фронта успехи не пропорциональны затратам и штатам. Если, например, попытаться ускорить создание долгожданной теории элементарных частиц тем, что собрать в одном институте специально для этой цели мощный кулак из сотни физиков-теоретиков, то из этого ничего не последует, кроме повышения уровня акустических помех. Количество здесь не переходит в качество. Точно так же простым увеличением ассигнований обычно нельзя добиться заметного ускорения в решении физических проблем, направленных на большие практические перспективы (например, проблемы энергетического использования так называемых управляемых термоядерных реакций). Научные и научно-технические задачи большой значимости, которые в настоящее время стоят перед нами, в ряде случаев просто еще не созрели для решения.

Развитие науки - это цепная реакция накопления информации. Она может носить характер нарастающей лавины или же представлять собой процесс, затухающий во времени.

Первое имеет место в том случае, если ценность потока новой информации увеличивается с течением времени. В нашу эпоху такие процессы часто идут необычайно быстро и выглядят как образование взрывной волны в условном пространстве научной информации. Исходной точкой взрыва может послужить либо неожиданное обнаружение нового важного явления, либо смелая идея, открывающая новые горизонты для исследования (так было за последние годы при появлении теории сверхпроводимости и при установлении факта несохранения так называемой четности в одном из видов взаимодействия элементарных частиц).

Однако возможен и противоположный случай, когда запас ценной информации нарастает все медленнее и стремится к насыщению.

Естествознание в целом в настоящее время, так же как и в течение предыдущих четырехсот лет, развивается по первой схеме. Но в отдельных его областях могут наступать периоды, когда принципиальные вопросы оказываются выясненными и внимание направляется на детализацию общей картины, которая уже не подлежит существенному пересмотру и должна время от времени подвергаться только легкому косметическому ремонту. Это означает, что данная область переходит в категорию таких, которые принято называть классическими. Чисто научные подвиги экстраординарного масштаба и революционного характера в ее пределах становятся трудновыполнимыми. Так произошло, например, еще в начале XIX века с ньютоновской механикой. Почти через сто лет появилась новая механика теории относительности, а вскоре после этого - квантовая механика микромира. Но эти два великих завоевания физической науки ничего не изменили в содержании классической механики Ньютона- Лагранжа - Гамильтона. Они дишь ограничили сферу ее применимости. Не исключено, что такое ограничение когда-нибудь появится еще с какой-либо доселе неизвестной стороны, и это будет отзвуком еще одной революции в физике.

Сейчас в аналогичном положении приближающегося насыщения находятся многие области физики (электроника, слектроскопия, некоторые разделы физики твердого тела и т. д.). От самой опасной болезни, которая называется "кризисом жанра" * их до сих пор спасают только все возрастающие по разнообразию и практической ценности технические применения. По-видимому, раньше или позже переход в состояние классики должен стать уделом большинства областей, из которых состоит современная физика.

* Она состоит в исчерпании плодотворной научной тематики. В научных институтах, пораженных этой болезнью, "кони сытые бьют копытами", а директора не спят ночи, размышляя о том, куда же направить неиспользуемую энергию большого коллектива.
Поток научной информации с течением времени будет становиться все более широким и все более плотным благодаря разветвлению направлений исследования и детализации их задач. Но при этом скорость потока в среднем будет уменьшаться и конструктивный элемент станет все больше преобладать над аналитическим. Для наших ближайших потомков физика не должна превращаться в коллекцию застывших идей и давно установленных фактов. Для них она станет мастерской волшебных палочек, с помощью которых техника будет искать и находить пути удовлетворения увеличивающихся потребностей и запросов человеческого общества.
Обратимся опять к главному действующему лицу - научному работнику. Жизнь и научная деятельность физика в наше время складывается совсем не так, как у его предшественников.

После очень длительной первоначальной подготовки (одиннадцать лет школы, пять-шесть лет в вузе и один-два года тренировки на лаборантских должностях) молодой человек наконец становится в какой-то степени равноправным участником научной работы. Перед ним открывается возможность проявить свои склонности и максимально использовать полученный им громадный (и более чем наполовину излишний) запас знаний. Однако период интенсивной научной работы, когда все время поглощено подготовкой к эксперименту, его выполнением и анализом полученных результатов, как правило, непродолжителен, в особенности для тех, кто не обижен талантами. Способный и энергичный физик уже через несколько лет после начала научной работы выталкивается наверх по ступенькам организационной лестницы и становится руководителем отдельной группы или лаборатории. При этом у него быстро возрастает объем чисто организаторской деятельности, которая распадается на множество мелких операций административного характера, необходимых для того, чтобы обеспечить нормальные условия проведения научной работы. С каждым годом доля времени, приходящегося на такие функции, увеличивается, а возможности непосредственного участия в экспериментальной работе все более ограничиваются. Так происходит самоотстранение физика-экспериментатора от эксперимента.

Достигнув ранга заведующего лабораторией, научный работник часто становится жертвой еще одного распространенного недуга. Он начинает проявлять склонности, близкие к тем, которые господствовали в древности среди мелкопоместных феодалов. Борьба за материальные ресурсы, за увеличение штата лаборатории, ревнивая охрана научного престижа своего небольшого клана - таковы труды и заботы, которые наравне с непосредственным выполнением научной работы заполняют жизнь физика на этой административной ступени. Тенденция к переключению на административную деятельность с возрастом становится все сильнее. Это понятно и чисто психологически.

Человеку, далеко зашедшему в годах, заниматься наукой становится все труднее и труднее, а экзаменов на организационную деятельность ни с кого не спрашивают и этот род работы кажется не в пример легче *.

* Хотя в действитель.чости прирожденные организаторы, способные успешно руководить работой большого коллектива, встречаются не чаще, чем талантливые ученые. а объединение обоих талантов - редкое исключение.
Здесь мне слышится голос критика:
- Нельзя в таких серых красках рисовать тех, кому мы обязаны поразительными успехами науки нашего времени. Нельзя говорить о них только как об исполнителях рутинных служебных обязанностей. Разве наука оскудела талантами? Разве нет больше великих физиков, озаряющих светом своего гения туманные дали грядущего?

С такими упреками соглашаться не обязательно. Автор может свободно выбирать точку зрения и краски для изображения многочисленной армии физиков шестидесятых годов XX века - ведь он сам имеет честь принадлежать к ней.

Вопрос о гениях наших дней заслуживает того, чтобы на нем остановиться.

Благодаря генетической устойчивости человеческого рода распределение людей по уровню интеллектуальных способностей существенно не изменяется на протяжении многих тысячелетий. Поэтому следует ожидать, что физики, работающие сейчас в лучших научных институтах мира, не уступают по яркости талантов своим далеким предшественникам. Другими словами, люди со способностями того же порядка, что и у величайших ученых XVII и XVIII веков, известных нам с детских лет по школьным учебникам, должны встречаться среди наших коллег по крайней мере с той же относительной частотой, как двести - триста лет назад. Армия научных работников физической специальности выросла за эти сотни лет по крайней мере на три порядка величины. Следовательно, в мировой науке трудятся сейчас сотни, а может быть, даже тысячи физиков, не уступающих по своим способностям Галилею и Ньютону. Среди них согласно закону больших чисел должно быть немалое количество потенциальных сверхгениев "надньютоновского" и "надэйнштейновского" класса.

Однако для того, чтобы потенциальный гений мог превратиться в сверкающую звезду на небосклоне науки и обрести мраморное бессмертие классика, необходимы благоприятные условия, зависящие прежде всего от состояния той научной области, в которой он работает.

Самое важное для гения - это вовремя родиться. Лучше всего, если удается выбрать для этого такой момент, чтобы ко времени расцвета творческих сил он смог встретить избранную им отрасль науки в пору ее утренний свежести или же в период, когда в ней зреют зародыши революционных перемен. Если же основные опорные позиции в данной области уже завоеваны и самые богатые источники информации исчерпаны, то ученому экстра-класса не удастся проявить здесь в полной мере свои способности - не хватает свободного пространства (или, как у нас принято говорить, "фронта работ").

Нехватка свободного пространства усиливается благодаря изобилию физиков, работающих сейчас в каждой узкой области. Достаточно одному из них наткнуться на что-нибудь новое и сказать "а...", как, прежде чем он успеет спокойно поразмыслить, со всех сторон сбежится целая толпа физиков и раскопает все до конца.

О таланте ученого можно судить только по его трудам, а между результатами этих трудов и уровнем таланта нет постоянного коэффициента пропорциональности. Мы часто забываем это и поэтому недооцениваем таланты своих современников. Мастерство альпиниста оценивается по трудности восхождения. Точно так же мерой таланта физика должна служить в первую очередь степень трудности тех задач, которые ему удалось решить, а эффект от воздействия его работ на общий прогресс науки является вторичным признаком, включающим значительный элемент случайности. Поэтому приведенная выше оценка числа физиков, принадлежащих к "ньютоновскому" классу, не противоречит их кажущейся незаметности. Просто у нас нет подходящего прибора для измерения индивидуальных способностей ученых и экзаменационной комиссии, присваивающей почетное звание гения по априорным показаниям. Наконец следует отметить, что на общем ярком фоне блеск отдельных светил трудно различить, вследствие чего в наше время требования, предъявляемые к великим людям, очень завышены. В этом особенность современного периода так называемой массовой культуры, которая проявляется не только в науке, но также в литературе и искусстве. Говорить о десятках современных Данте, Шекспиров и Бахов кажется почти святотатством, хотя мы читаем их стихи, смотрим их драмы и слушаем их музыкальные произведения.

И еще несколько очень коротко выраженных мыслей относительно общих проблем организации науки - и только в порядке их постановки.

В наше время научная работа по физике, да и по другим быстро развивающимся естественным наукам, очевидно, не может идти самотеком за счет одного лишь энтузиазма самих исследователей, так как энтузиазм не способен заменить необходимый приток материальных средств. Без мощной поддержки со стороны государства физика, астрономия, биология просто не могут развиваться. Шуточное определение, согласно которому "наука есть лучший современный способ удовлетворения любопытства отдельных лиц за счет государства", в известной .мере правильно. Наше социалистическое государство дает нам огромные средства для сооружения новых экспериментальных установок: оно строит первоклассные лаборатории и институты, готовит к научной работе десятки тысяч молодых людей в вузах, поручает конструкторским бюро и промышленным предприятиям проектировать и изготовлять оборудование и аппаратуру для научно-исследовательских работ.

Наука находится на ладони государства и согревается теплом этой ладони. Конечно, это не благотворительность, а результат ясного понимания значения науки в великую эпоху соревнования противоположных социальных систем. При этом государство не может позволить себе играть роль доброго богатого дядюшки, покорно вынимающего из кармана миллион за миллионом по первой просьбе ученых. Вместе с тем скупость в финансировании действительно важных научных исследований может привести к нарушению жизненных интересов государства.

Для того чтобы направлять развитие естествознания в русло общих интересов страны, необходима определенная политика по отношению к науке. Это означает, что к множеству нерешенных организационных проблем, так сильно осложняющих жизнь современного общества, прибавилась еще одна проблема. Научные исследования нуждаются в организации и руководстве. Не надо пугаться этих слов - сами по себе они еще не означают, что липкая лента бюрократизма опутывает науку, лишая ученых свободы творческих замыслов.

Поставим несколько простых вопросов.

Каков должен быть уровень материальных затрат государства на науку?

Должен ли это быть один процент от общего бюджета или пять процентов?

Как эти средства должны распределяться между отдельными областями научных исследований?

Какие отрасли промышленности, производящие научную аппаратуру, следует развивать в первую очередь и как планировать масштаб этого производства?

Сколько научных работников различных специальностей реально понадобится стране в ближайшие годы и как в связи с этим планировать прием в вузы?

Можно подойти также совсем с другой стороны и спросить: в каких разделах современной науки мы должны во что бы то ни стало и самой дорогой ценой бороться за первенство и почему это первенство нам так необходимо сейчас или в самое ближайшее время?

Должны ли мы с одинаковой затратой сил вести наступление на всем широчайшем фронте современного естествознания - от исследования далеких галактик до биохимии микроорганизмов, - или же следует ограничиться несколькими направлениями, на которых должны быть сосредоточены главные усилия?

Ведь в наше время информация о каждом новом научном результате, где бы он ни был получен, распространяется очень быстро. Поэтому, может быть, во многих областях естествознания достаточно вести работу в скромных тонах, не гоняясь за первым местом в чемпионате, если это очень дорого стоит. На каком же уровне следует тогда вести такие разработки?

Кто-то должен отвечать на эти вопросы, и не только отвечать, но и решать их. В этом и состоит прежде всего руководство наукой со стороны государства. При этом, конечно, не нужно вмешиваться в самый процесс научной работы. Это столь же бессмысленно, как руководить футболистом во время игры, держа его за ногу.

В рамках этих заметок было бы нецелесообразно обсуждать конкретные методы, с помощью которых должна строиться политика государства по отношению к науке. Эта политика должна быть основана на учете многих факторов. Среди них не только такие очевидные элементы, как непосредственная практическая ценность научных результатов, материальные затраты на экспериментальные разработки, международное научное соревнование и связанная с ним проблема престижа, но также напор новых идей и противостоящая ему инерция однажды взятого курса исследований, нетерпение молодежи и консерватизм старших поколений научных работников. Мы ограничимся здесь только несколькими частными замечаниями для того, чтобы показать некоторые обстоятельства, влияющие на выработку научной политики по отношению к главным направлениям современной физики.

Отметим прежде всего одно обстоятельство, осложняющее решение организационных проблем. Дело в том, что нет достаточно убедительных критериев для определения как абсолютной, так и относительной ценности научных результатов, а также критериев для сравнения значимости разных направлений исследования. Субъективизм во всех оценках такого рода совершенно неизбежен и трудноустраним. Он питается личной заинтересованностью десятков тысяч научных работников узких специальностей, каждый из которых считает, что его тематика заслуживает особого внимания. Поэтому при обсуждении вопросов планирования физических исследований на самых высоких научных ареопагах аргументация в лучшем случае основывается на инстинктивных представлениях о том, что важно и что не очень важно. Очень часто при этом на сцену выступает идея интернационального научного соревнования, при использовании которой все сводится к сравнению уровней "у них" и "у нас".

Делегация ученых великой державы А, возвращаясь после поездки в великую державу B, докладывает:

- По богатству идей, глубине понимания научных проблем и квалификации научных кадров мы не только не уступаем нашим зарубежным коллегам, но даже стоим впереди них. Однако там не пожалели денег, и они смогли построить новую замечательную установку X, и если мы немедленно не начнем строить уже давно задуманную нами установку Y, то почти сразу же окажемся в жалком и отчаянном положении.

Вслед за этим делегация державы B возвращается из державы А и декларирует:

- Мы, конечно, в идейном отношении гораздо выше их, но нельзя ждать ни одного часа более. Они уже приступают к строительству установки Y, и если мы прозеваем, то через несколько лет нам стыдно будет показаться на любой научной конференции. Поэтому надо немедленно строить установку Z, которая во столько же раз мощнее установки Y, во сколько последняя превосходит нашу старую машину X.

И так далее...

Такой механизм взаимного подхлестывания обычно работает довольно эффективно - к общему удовлетворению заинтересованных сторон. Бывает, правда, что при этом сооружаются большие установки, которые к моменту ввода в строй оказываются бесполезными памятниками незрелых идей, но, в общем, наука идет вперед.

Сейчас уже накопился большой опыт в международном соревновании по основным направлениям физической науки и выяснилось, при каких условиях можно рассчитывать на почетную долю в мировом производстве первоклассной научной информации. Главная заповедь в этом деле - не идти вслед за сильными соперниками по выбранному ими пути. На узкой дороге трудно обойти машину, идущую впереди. Нужно самим выбирать свой собственный путь - только так можно добиться успеха.

Для талантливых людей на нетронутых землях науки открывается сразу много разных путей. Как дороги в горных ущельях, они идут не по прямой; далеко вперед не видно, и новое может вдруг показаться с самой неожиданной стороны. Если вы идете вслед за кем-нибудь пусть даже почти по пятам, то радость первых открытий вам не удается испытать, она будет уделом тех, кто хоть немного, но впереди.

Так, к сожалению, сложилась у нас история послевоенных исследований по физике элементарных частиц. Несмотря на очень большую концентрацию сил и средств, мы, действуя по принципу гонки за лидером и все время немного опаздывая, до сих пор не смогли собрать хороший урожай научных результатов. Напротив, в физике твердого тела и в особенности в новых направлениях радиофизики советская наука может гордиться блестящими открытиями - благодаря богатому притоку оригинальных идей.

Естественно, что при неспокойных тенденциях международного соревнования легко может образоваться сильная диспропорция в развитии различных отраслей науки. В частности, те из них, которые на какой-то недавней стадии сыграли значительную роль в практическом решении важных государственных задач и поэтому приобрели право первородства, продолжают по инерции пользоваться привилегиями и тогда, когда возможности практических применений исчерпываются. Напротив, такие области науки, как, например, астрофизика, не менее далекая от запросов техники, чем симфоническая музыка, оказывается в невыгодном положении. Несомненно, что иррациональные факторы оказывают некоторое давление на научную политику, а следовательно, в какой-то степени влияют и на общий ход развития научных дисциплин. Однако главные опоры научной политики все же расположены гораздо глубже. Общественное мнение больших коллективов научных работников статистически нивелирует крайние точки зрения и помогает поддерживать более или менее правильное соотношение между значимостью научных идей и усилиями, которые должны затрачиваться на их разработку.

В конце концов в научной политике наша опора - это просто здравый смысл и интуиция, то есть те главные качества, благодаря которым человечество существует и развивается.




Ноябрь 2003