;
Мнения 16 октября 2019

Ирина Шрайбер, CERN: «Уже нельзя пролезть в тайны Вселенной, собрав какой-то прибор в гараже»

Далее

Осознать и понять квантовую теорию сложно всем и всегда. В квантовом мире частицы могут находиться в нескольких местах одновременно, перемещаться из одного места в другое, превращаться из частиц в энергию и наоборот, быть одновременно и частицей, и волной. Великий физик Нильс Бор как-то сказал: «Если квантовая физика тебя не испугала, ты ничего в ней не понял». В своих попытках приблизиться к разгадке мироздания человечество тратит миллиарды и строит гигантские научные сооружения лишь для того, чтобы уловить следы невидимых глазу частиц, из которых состоит всё сущее. «Хайтек» поговорил с физиком Ириной Шрайбер из CERN о том, что такое квантовая физика, черные дыры, бозон Хиггса и как его поймать, бог, ускорители — и как всё это связано с кофе.


Ирина Шрайбер — ученый, наставник, кандидат физико-математических наук, Ph.D; действующий член международных коллабораций CDF (Фермилаб, США) и CMS (CERN, Швейцария), научный сотрудник Центра европейских ядерных исследований (CERN, Женева), автор более 700 научных и научно-популярных статей. Много лет работала в крупнейших международных физических лабораториях в разных странах мира.

CERN — Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий.


Физика в наше время

— В одном из интервью вы как-то упоминали, что в науке самые важные проблемы, как правило, решаются за чашкой кофе. Так что же важнее для современной физики: теория, эксперимент или сообщество?

— У нас есть прекрасные теории, созданные теоретиками, потом есть физики-экспериментаторы, которые их проверяют. Экспериментаторам без теоретиков нечего проверять, а теоретикам без экспериментаторов — напротив, ведь фантазировать мы можем сколько угодно. Что я имею в виду, когда говорю о чашке кофе? Взгляните на формулу стандартной модели, нарисованную на футболках CERN. Там есть такие буковки HC, которые мы в физике расшифровываем как Hot Coffee (с англ. горячий кофе — «Хайтек»). Иногда полезно выйти за пределы совещаний, где у нас обсуждаются конкретные деловые вопросы и конкретные топики, и расширить своё сознание. Потому что «чашка кофе» — это точно такое же совещание, такое же обсуждение теоретической и экспериментальной физики. Просто это несколько меняет атмосферу, когда мы собираемся вместе. Физика в наше время не может быть сделана одним человеком. Раньше существовали эксперименты: на столе собрал и сделал, а физика высоких энергий — разная. Физика высоких энергий — коллаборация большого количества людей, и поэтому «чашка кофе» — просто название. Важно всё: и чашка кофе, когда нужно спросить совета коллег, и теоретическая физика, без которой просто ничего не будет существовать.

— Мы видим гигантские по масштабам научные объекты, созданные мировым сообществом. Можно ли сказать, что для современной физики время классических голливудских ученых с безумным взором, собирающихся в гараже машины времени, безвозвратно прошло?

— Я всегда во время лекций говорю, что физика — это не формулы, это страсть, созидание, понимаете? И вот эти самые образы сумасшедшего голливудского ученого, как вы сказали, сейчас присутствуют физически, но не в такой форме. Вот как CERN, например. Ускорительное кольцо Большого адронного коллайдера (БАК) длиной в 27 км. Одному человеку сложно будет отследить из одной точки до другой. Время ученых, собирающих машины в гараже, в физике высоких энергий прошло. Для того, чтобы провести эксперименты на том же БАК, трудятся больше 10 тыс. ученых. Я бы сказала, что для физики высоких энергий гараж — это уже не решение. Гараж — это, может быть, начальная ступень для человека, который интересуется физикой. Для студента, для молодого человека, который хочет начать свою жизнь и научную карьеру. Собирать механизмы в своем гараже — это не должно исчезнуть, но уже нельзя пролезть в тайны Вселенной, собрав какой-то прибор в гараже.

Физика квантового мира

— Частицами, из которых состоят протоны и нейтроны, квантовый мир не ограничивается. Сколько сейчас открыто частиц? И для чего они нужны?

— Мы не говорим о всей Вселенной, потому что материя составляет приблизительно 4,5% нашей Вселенной, а дальше уже идут темная материя и темная энергия, о которых мы знаем очень мало. Так вот эти частицы элементарные, если вы заглянете в зоопарк элементарных частиц CERN, вы увидите, что существует 12 фундаментальных кирпичиков материи. А вообще — 24, потому что у каждой частицы есть своя античастица, то есть пара. Плюс частицы, благодаря которым происходят взаимодействия.

И, собственно, на данный момент это всё, что мы знаем. Существует основная теория, которая описывает материю и всё, что происходит в нашей Вселенной. Это стандартная модель. Состоятельна ли она? Да, с одной стороны, потому что все данные, которые там есть, все элементарные частицы, все кирпичики стандартной модели были подтверждены экспериментами. Но то, что происходит далее, эта стандартная модель не описывает. Получается, что есть какие-то не то чтобы дыры, но нужны дополнения к этой модели. Дополнения тоже уже существуют. Например, суперсимметричные частицы, партнер каждой частицы, который может существовать, но пока экспериментально их никто не обнаружил.


Терминология квантового мира

Квантовый мир — собирательный термин, так принято называть мир элементарных (субъядерных) частиц, в котором действуют законы квантовой физики.

Античастица — частица-двойник элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, отличающаяся от нее знаками всех других характеристик взаимодействия. При столкновении частицы со своей античастицей возможна их аннигиляция — взаимное уничтожение.

Спин — собственный момент импульса элементарных частиц. Примером спина, равного единице, может служить большинство обычных предметов без какой-либо симметрии: если такой предмет повернуть на 360°, то этот предмет вернется в свое первоначальное состояние.

Темная материя — гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной материи затрудняет и, может быть, даже делает невозможным ее прямое наблюдение.

Темная энергия — гипотетический вид энергии, введенный в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого ее расширения с ускорением. По наиболее популярной гипотезе — неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной.

Суперсимметрия — гипотетическая симметрия, связывающая элементарные частицы в природе так, что они могут превращаться друг в друга. Образно можно сказать, что преобразование суперсимметрии может переводить вещество во взаимодействие (или в излучение) и наоборот.


— Давайте на секунду отойдем от сложных материй к чему-то более простому. Возьмем вакуум. Он хотя бы материален? Он ведь тоже из чего-то состоит?

— Да, я понимаю, вы хотите потрогать элементарную частицу ручкой. Нет, этого у вас, к сожалению или к счастью, не получится. Для этого существуют приборы, которые мы называем детекторами. Они совершенно точно говорят нам о том, что эти частицы существуют. С латинского вакуум означает «пустой», это пространство, свободное от вещества. Как его можно потрогать, если это пространство, свободное от вещества? Вы используете определенный прибор, тоже физический, линзу, например, на которую попадает свет, — элементарную частицу фотон, происходит отражение, и вы видите объект.

Вам ее не обязательно трогать для того, чтобы понять, что она существует. То же самое происходит с элементарными частицами: мы видим след в детекторе, трек, который они оставляют, когда выделяют энергию. Мы можем использовать достижения современных технологий для того, чтобы потрогать или увидеть это таким образом.

— Черные дыры часто сравнивают с воронкой воды в ванной. Но значит ли это, что внутри нее может существовать безопасная траектория, как в центре воронки? И куда она могла бы вести?

– Как ученый-физик я могу сказать, что понятия не имею. На самом деле нет какой-то стройной теории о том, что же там может быть за пределами черной дыры. Нет, теории существуют, и они достаточно стройные, но насколько они оправданы, я не знаю. Всё может быть. Это та часть, довольно-таки большая, нашей Вселенной, которую мы пока очень плохо понимаем, несмотря на то, что в 2015 году составили так называемую первую карту черных дыр. Но мы же оперируем понятиями энергии. Пытаемся определить при помощи приборов, технологий, доступных нам, где же мы видим эти энергетические дисбалансы. И таким образом составляем карты, но что это на самом деле? Со стопроцентной вероятностью я бы не сказала, что это действительно черные дыры. В этом году, по-моему, была первая фотография черной дыры. Мы предполагаем, что это черная дыра, и, скорее всего, так оно и есть. Я все-таки не космолог и не занимаюсь непосредственно этим. Но, тем не менее, это как раз то, до чего мы не просто не можем «дотянуться рукой», как вы спрашивали раньше, а то, до чего существующие технологии нас доводят пока еще минимально. Мы не можем при помощи наших приборов с большой точностью определить, что же там находится. К счастью, ближайшая к нам черная дыра очень далеко. С одной стороны, это к счастью, с другой — к несчастью, потому что сложно это изучать. Но мы не узнаем, что бы произошло с нами. Считается, что там очень большое гравитационное поле. Нас бы там затянуло в центр этой самой воронки, как в фильме «Интерстеллар», мы бы попали внутрь, увидели бы другое измерение. Хотя я, честно говоря, фильмом не воодушевлена, мне не понравился он. Я не верю в существование пересечений всяких измерений временного пространства. Это уж слишком очеловечено и приближено к нашей реальности. Я думаю, что если там и существует какое-то искажение, то оно будет выглядеть совершенно иначе. Как — мы себе даже представить не можем.

Физика и страхи общества

— Вернемся к уже ставшему привычным БАКу и страшилкам вокруг него. Он действительно потенциально способен создать устойчивую черную дыру? Или ученым еще нужно работать над его мощностью?

— К сожалению, нет! БАК не способен создать большую черную дыру в принципе. Тем не менее, даже если бы микроскопическая черная дыра была создана, она практически мгновенно испарилась бы. Если бы такие микроскопические черные дыры были созданы на БАКе, это было бы достаточно интересно. Можно было бы использовать их для изучения больших черных дыр. Но ни одного случая мы не зафиксировали. И создать большую дыру, которая засосет весь мир, мы не можем.

Мой друг, когда запускался БАК и были страхи на тему того, что большая черная дыра будет создана и всех нас засосет, в шутку предложил продать шлемы людям и сказать, что это защищает от черной дыры. Если она образуется, то претензии будет предъявлять некому, а если не образуется, значит мы защитили всех при помощи этих шлемов. Вот такая экономическая программа была, которую мы не запустили, естественно. Черная дыра получила такое название тоже не просто так. Мы не очень понимаем, что это такое, по большей части, есть какие-то теоретические выкладки, базирующиеся на экспериментальных данных. И нам бы самим хотелось больше узнать.

Физика и будущее

Бозон Хиггса, ради которого построили БАК, нашли. Что дальше? Что ищут сейчас и есть ли какая-то определенная цель? Или же «А давайте что-нибудь столкнем и посмотрим, откуда это вылетит»?

— Вот это «что нибудь столкнем» очень дорого обходится миру и налогоплательщикам, поэтому, конечно, нет. Основная теория, которая наиболее подтверждена экспериментам, — стандартная модель, и Хиггс, который искали, был последним кирпичиком в этой модели. В какой-то степени немного жаль, что он попал именно туда, куда он попал, то есть полностью соответствует этой стандартной модели. Бозон Хиггса — великое открытие, но не единственная цель. Мы смотрим, что еще происходит, уточняем свойства других частиц, о которых уже знаем, и, может быть, что-то там еще не до конца определили. Чем точнее знаем свойства всех этих частиц, тем лучше можем понимать их. Существуют другие эксперименты, например, изучающие кварк-глюонную плазму, которая существовала еще до образования нашей материи, как мы полагаем. Потом, после Большого взрыва, уже из нее образовалась материя — и мы с вами. По теории Большого взрыва, образовалось одинаковое количество материи и антиматерии. Куда делась эта антиматерия? Существуют ли галактики из антиматерии? Существуют ли звезды? Как вообще антиматерия исчезла, почему осталось больше материи, как это все произошло? Это тоже изучается в экспериментах. То есть БАК — далеко не только Хиггс.


Бозон Хиггса (часто называемый «частицей бога») — последняя найденная частица Стандартной модели. Если говорить упрощенно, то бозон Хиггса отвечает за массу частиц.

Хиггс, Питер Уэр — британский физик-теоретик, член Королевского общества Эдинбурга, член Лондонского королевского общества, в настоящее время профессор в отставке в Эдинбургском университете. Лауреат Нобелевской премии по физике за 2013 год совместно с Франсуа Энглером за предсказание бозона Хиггса.


Проходит огромное количество времени с момента какого-то физического открытия до его воплощения в нашу повседневную жизнь?

— Электрон сейчас очень хорошо используется, и лампочка Ильича еще никому не помешала. В свое время Максвелл составил уравнения, в которых объединил магнетизм и электричество. И, собственно, все наши Wi-Fi, мобильные телефоны существуют, потому что мы научились этим управлять. Я согласна с тем, что иногда в физике, фундаментальной науке, проходит достаточное количество времени, прежде чем мы можем это применить, потрогать руками, как-то использовать. Все сейчас очень боятся такого страшного заболевания XX и XXI века — рака. А для его лечения применяются ускорители. В мире существует порядка 30 тыс. ускорителей. Для науки используется менее 1%, остальное — в медицине и индустрии. Это значит, что наука работает на весь мир. Просто это не очень заметно. Связь между академической средой, наукой и обычным миром иногда разорвана. Мы видим большой разрыв и делаем попытки привести это в порядок. То, что называется, таким модным словосочетанием knowledge transfer (с англ. «передача знаний» — «Хайтек»), в Европе и Америке всё больше и больше развивается.

Физика и женщина

— С какими сложностями вам приходится сталкиваться как женщине-физику? Или у ученого-физика нет пола?

— У ученого-физика нет пола, как нет пола, вообще говоря, ни у одной профессии. Наверное, природой создано так, что женщины больше тянутся к детям, ну хотя бы потому, что они их девять месяцев вынашивают. Поэтому среди учителей и воспитателей гораздо больше женщин, мужчин не так много. Хотя в школе моих детей очень много мужчин, и меня это радует. В физике — это вам интересно или нет. Если неинтересно, то зачем вам этим заниматься? Возможно, конечно, где-нибудь в прошлом столетии просто рулевые механизмы были отданы мужчинам, женщины не допускались в университет и прочее, но, тем не менее, существуют же примеры вроде Марии Кюри. Ей это было интересно, и она сумела этого добиться. Нет, физика — это не мужская наука. Мужчин, конечно, у нас намного больше, но если женщине нравится заниматься физикой и она хочет ею заниматься, мужчины будут только рады, как мне кажется. Естественно, если женщина хочет посвятить себя полностью семье и детям, это немножко сложнее, потому что физика не останавливается, она не работает с девяти до пяти. Она работает и в пять утра, и в два часа ночи, а иногда ты такой: «О! Надо записать» или «Это надо сделать». Наука не останавливается по часам, это сложнее совмещать, но это очень даже женская наука. Как женщина в науке я себя прекрасно чувствую. Мне это очень нравится.

Физика и общество

— Сегодня более 40% молодых людей в России до 25 лет мечтают покинуть страну. Среди молодежи с высшим образованием таковых уже более 50%. Можно ли назвать это гуманитарной и научной катастрофой для России?

— Уже 20 лет, как я не живу в России, хоть и стала появляться там последние два года. Стремление молодежи получить дополнительные знания и опыт где-то за пределами России я только приветствую. Это не «сбежать из России», а просто «попробовать себя где-то еще». Когда вы переезжаете из Москвы в Петербург, то это не обязательно «cбежать».

Для меня лично хорошо там, где мы есть. Я не отрицаю того, что завтра могу переехать в другую страну, и если 20 лет назад, когда я уезжала из России, думала, что не перееду больше никогда, то сейчас могу запросто себе это представить. Для меня это будет просто смена деятельности или места жительства. И это не будет каким-то падением. Наоборот, это будет ростом.

— Можете ли вы сравнить отношение к науке в России, в Швейцарии, во Франции? В чем есть существенные различия?

— Опять же, если мы возвращаемся к физике высоких энергий, то это всё международные вещи. В том же CERN Россия принимает большое участие, много русских ученых. Как в Европе, Америке, так и в России существует проблема финансирования фундаментальной науки, потому что всегда существует вопрос «А для чего это надо?» или «А как мы можем это применить?». Такого ответа ни одна фундаментальная наука дать не может, поэтому с ее финансированием проблемы существуют везде. С интернетом, сидя здесь, в Женеве, я могу запросто написать ученому в любом конце мира. И всё. В этом смысле разницы нет, было бы желание сотрудничества. Нужно просто проявить это желание, и я вижу это, кстати, в молодых ученых. Очень часто они просто боятся выйти за пределы. Попробуйте! Ко мне приходили люди, много молодых людей, которые спрашивали, как им можно устроиться в CERN, можно ли попасть туда на стажировку. Вообще всё написано на сайте CERN. Хотите — приходите, читайте и смотрите. Естественно, информация на английском, но в международной науке вы не сможете работать без английского. Поэтому первая ступень — учите английский язык. А дальше — вся информация сейчас доступна, она не спрятана ни от кого, она везде есть. Если вы не отправите этот запрос, результат известен сразу — 0. Если отправите, то сразу появится шанс попасть в любой научный центр в любой точке этого мира.

— Все мы наслышаны, что совсем недавно российским ученым, по сути, запретили общаться с иностранными коллегами. Нужно декларировать все встречи, переписки, отчитываться об итогах. Как вы к этому относитесь?

— Очень плохо. Потому что, опять же, науку в гараже делать больше нельзя. Вот вы приезжаете на международную коллаборацию, у вас 10 тыс. человек разных культур, разного вероисповедания, разного образования, всё по-разному. Они по-разному смотрят на вещи. И нужно найти подход, понять, как объединить этих людей, как работать со всеми вместе. Чистейшая психология вылезает. Или, к примеру, это известно из той же самой психологии, что люди, когда разговаривают на разных языках, — это почти как разные люди. То есть я, говорящая на русском, и я, говорящая на английском, совершенно разные люди, разный угол зрения. Психологи советуют: если вы умеете говорить на разных языках и застряли на какой-то проблеме, попробуйте обсудить ее сами с собой на другом языке, и у вас получится найти новое решение. Поэтому общение с людьми, у которых другая точка зрения, нежели у вас, жизненно необходимо. Для меня этот вопрос встает особенно остро. Я — русский и французский гражданин, что мне делать? Каждый день, просыпаясь поутру, писать объяснительную, как я сама себе в душе пела, или что? Как это должно происходить? То есть как я должна декларировать свои отношения сама с собой, иностранным и русским ученым одновременно? Это очень неправильный поступок с точки зрения развития науки, я считаю. Надеюсь, что это будет как-то изменено.

Физика и бог

— Вы верите в бога?

— Стивен Хокинг сказал: если мы верим в то, что было начало нашей Вселенной, — мы верим, что существует какой-то создатель. То есть должно существовать что-то еще. А если оно существует, то в какой форме? Нет, конечно, в бога как старикана я не верю. Но я верю в то, что мы управляемы силами Вселенной, природы, которые описываются с помощью прекрасных физических законов. Они настолько сбалансированы, что это просто так замечательно работает, и мы все существуем. В бога с точки зрения церкви я не очень верю, я не церковный человек совершенно. Как ученый могу сказать так: пусть моим богом будет физика.

Загрузка...