От булыжника к антивеществу

Сегодня все объясняют с цифрами в руках. К ним апеллируют математики и биологи, кибернетики и демографы, экономисты и писатели-очеркисты. Начнем с них и мы.

Строительство недавно запущенного в Батавии, в США, крупнейшего ускорителя на энергию до 400 Гэв обошлось государству в 250 миллионов долларов. Примерно столько же будет стоить аналогичная машина, к сооружению которой приступили в ЦЕРНе - институте, объединяющем ученых западноевропейских стран.

Расходы на конструирование и изготовление экспериментальной аппаратуры для работы на ускорителях составляют, добрую половину стоимости самого ускорителя.

Ни одна другая область фундаментальных исследований, кроме физики элементарных частиц, не может "похвастаться" столь грандиозными затратами. Но это не прихоть ученых, не упущение финансовых или планирующих органов. Это насущная необходимость.

Каждая новая крупинка знания о мире элементарных частиц требует все больших и больших усилий. Продвижение вперед в этом направлении затруднительно не только для отдельной лаборатории или института" но и для отдельного государства. Выход - в развитии международных коопераций ученых, в рамках которых стало возможным создание и эффективное использование многих Дорогостоящих установок.

Уже более пятнадцати лет существует Объединенный институт ядерных исследований в подмосковном городе Дубна. Вместе с советскими учеными здесь работают 400 физиков и инженеров из социалистических стран - участниц института. Только в одной научной группе лаборатории высоких энергий ОИЯИ, недавно закончившей важный эксперимент в Серпухове, было четыре рабочих языка.

Между ОИЯИ и ЦЕРНом давно установлены деловые контакты. На Серпуховском ускорителе ставят совместные эксперименты советские ученые и их коллеги из Франции, США, ЦЕРНа.

Недавно на митинге, посвященном утверждению проекта протонного ускорителя на 400 Гэв, профессор Дж. Адаме, директор лаборатории ЦЕРН-2, выразил мнение, что ускоритель следующего поколения - на энергию 10000 Гэв - будет "тройка-троном" - машиной, созданной совместными усилиями СССР, США и Западной Европы.

Но не слишком ли дорогой стала физика элементарных частиц? Американские ученые подсчитали, что все затраты на фундаментальные исследования от Архимеда до наших дней не превышают стоимости нынешнего десятидневного валового национального продукта США! Вот первый неожиданный вывод: расходы на фундаментальные науки растут медленнее, чем богатство общества. А вклад их в создание современного уровня материального производства огромен.

Интересно, однако, что по этому поводу говорят сами физики.

"Как показывает история, - говорил член-корреспондент АН СССР А. Балдин, - открытие фундаментальных законов природы рано или поздно очень сильно отражается на жизни общества. Сила фундаментальной науки в том, что она дает качественно новые идеи. А с их помощью удается вдруг, сразу, скачком решить много сложнейших практических задач. Убедительный пример - проникновение новых методов квантовой теории поля (которые развивались специально для построения теории элементарных частиц) в физику твердого тела. А уж физика твердого тела (сверхпроводимость, физика полупроводников, физика металлов и др.) имеет самое прямое отношение к технике".

"Невозможно заранее предугадать практические применения вещей, которые еще не изучены, - считает член-корреспондент Ф. Шапиро. - Вот пример из прошлого. Дж. Дж. Томсон открыл электроны: в результате мы имеем электронику, телевизоры, полупроводники. А ему просто было любопытно изучать, как там протекают токи в газах. Сейчас нельзя говорить о каких-то конкретных будущих возможностях использования ядерных сил в практике. Можно только утверждать, что если их не изучать, то никаких возможностей не появится. Будут новые знания, появятся и изобретения в этой области. Но если их не будет, то можно писать только научно-фантастические романы".

"Я мог бы привести множество примеров, - говорит академик Н. Боголюбов, директор ОИЯИ, - когда, казалось бы, чисто теоретические фундаментальные исследования давали тот задел, который вызвал к жизни создание новых областей техники. По моему глубокому убеждению, проникновение в тайны глубинного строения материи должно привести к большим, может быть, совершенно неожиданным практическим приложениям. Конечно, всех интересуют плоды науки, и это естественно. Но при этом следует уделять внимание и глубоко зарытым корням того дерева, на котором такие плоды могут расти".

Хорошо сказал лауреат Нобелевской премии А. Сент-Дьерди: "Достаточно самого среднего умственного развития, чтобы усмотреть тот огромный вклад в развитие человечества, который внесла новейшая наука, чтобы именно в науке увидеть лейтмотив прогресса и то, что задает тон нашему XX столетию. Невозможно не видеть, что практически все мы в долгу перед наукой, и если изъять ее плоды из нашей жизни, то от всей нашей цивилизации ничего не останется".

А теперь попробуем заглянуть в будущее. Известно, что уровень технического развития цивилизации зависит от ее энерговооруженности. Специалисты по инопланетным цивилизациям (уже есть и такие!) определяют несколько ступеней в развитии цивилизации - начиная с создания единого энергетического хозяйства планеты и кончая управляемым энерговыделением звездных скоплений.

До проникновения в микромир человек пользовался случайно найденными им на поверхности Земли источниками энергии: костром из веток, каменным углем, нефтью. Потом он научился использовать энергию падающей воды.

Из всех наук о природе только физика элементарных частиц дала человечеству новый источник энергии - атомный. Это классический пример того, как фундаментальное исследование реакций тяжелых атомных ядер внезапно решило жгучую для человечества проблему получения энергии.

Ученые обнаружили, что в реакции слияния двух легких ядер тоже выделяется огромная энергия - термоядерная. Управлять ею, однако, еще не научились. Сейчас это первоочередная практическая задача, над решением которой работают большие научные коллективы.

Для развития цивилизации важно не только получение энергии во всевозрастающих количествах, но и ее концентрация и управление ее выделением.

Первобытный человек использовал ничтожную часть энергии, заключенной, скажем, в одном килограмме вещества, когда бросал на охоте камень. Реакция деления атомных ядер тяжелых элементов - необычайно мощный, управляемый и весьма концентрированный источник энергии. Килограмм урана или плутония "заменяет" тысячи тонн лучшего химического горючего и "действие" 10¹³ булыжников. Это число превышает количество камней, брошенных всеми жившими когда-либо на Земле людьми!

Но в "запасниках" физиков есть кое-что еще. При встрече частицы и античастицы происходит реакция аннигиляции - "уничтожения". Электрон и позитрон исчезают, превращаясь в квант энергии. Вот она, вековечная мечта человечества о полном превращении массы вещества в энергию! Эффективность использования всей энергии, заключенной в веществе, в тысячи раз больше, чем при делении ядер. Но...

"Но пока антивещество стоит много дороже той энергии, которая выделится при его сгорании, - говорит член-корреспондент АН СССР Д. Блохинцев. - Не исключено, однако, что его можно будет использовать в качестве концентрированного топлива для космического транспорта. Но сначала, конечно, придется преодолеть трудности, связанные с хранением, транспортировкой антивещества и т. д.".

Ну а если дать простор фантазии, то далекое будущее энергетики можно представить себе так...

На астероиде или на искусственно созданной планете получается энергия по циклу системы реакций синтеза легких ядер - то, что является источником энергии нашего Солнца и множества других аналогичных звезд. В то же время на Земле энергию черпают управляемым синтезом элементарных частиц из свободных кварков, которые научились получать в любом количестве.

Безудержная фантазия? На сегодняшний день - да. Но вот что сказал о кварках академик Б. Понтекорво: "Если кварки существуют, я не сомневаюсь в том, что они могут быть использованы: стабильное "вещество" с совершенно новыми свойствами обязательно найдет практическое применение". То же самое можно сказать и о "магнитной материи", построенной из монополей Дирака. Опять-таки - если они существуют в природе.

А уничтожить все эти и многие другие "если" могут только фундаментальные исследования в физике высоких энергий, в физике элементарных частиц.