Вчора, 6 квітня 2016

Фізик Станіслав Вільчинський: «Реальною небезпекою для людства є воно саме»

Чи можна здійснити велике відкриття у сучасній фізиці, працюючи без команди? Які теорії, що можуть підтвердитися в майбутньому, здатні кардинально змінити наші уявлення про світ? І чому вченим варто вірити, коли йдеться про розширення Стандартної Моделі елементарних частинок? Про це розповів Станіслав Вільчинський. У минулому – футболіст і вправний воротар. Наразі – доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач кафедри квантової теорії поля КНУ ім. Т. Шевченка, що співпрацює чи не з усіма потужними лабораторіями світу – Швейцарії, Німеччини, Нідерландів, Австралії.

 

 

 

Про очікуване відкриття гравітаційних хвиль

Гравітаційні хвилі вдалось задетектувати завдяки тому, що багато мільйонів років тому дві «чорні» дірки злилися і утворили одну. Ця подія надзвичайно сильно збурила просторово-часовий континуум, і відлуння цієї події фізикам пощастило спостерігати.

 

Звичайно, це відкриття не призведе до такого потужного технічного прогресу, як відкриття електромагнітних хвиль, але з відкриттям гравітаційних хвиль наступить нова ера в дослідженні нинішнього Всесвіту та його минулого. Адаптувати гравітаційні хвилі для промислових чи військових потреб неможливо. Незважаючи на те, що існування гравітаційних хвиль теоретично нескладно було передбачити (що і зробив 100 років тому Альберт Ейнштейн), але детектування гравітаційних хвиль внаслідок їхньої надзвичайної слабкості було і залишається неймовірно складним завданням, в першу чергу, з технічної точки зору. Я й не сподівався, що до цього доживу і був приємно здивований.

 

Хоча відкриття гравітаційних хвиль, звичайно, не є несподіваним відкриттям. Воно є таким же довгоочікуваним відкриттям, як нещодавнє відкриття бозону Гіггса або W- та Z-бозонів чи топ-кварка. Всі ці відкриття були передбачені фізиками-теоретиками і, безумовно, є тріумфом науки.

 

Про «темні справи» темної енергії

Несподіваним було відкриття, наприклад, темної енергії, яке змусило суттєво змінити уявлення науковців про структуру Всесвіту і особливо про його майбутнє. Адже до її відкриття вважалося, що домінантними складовими Всесвіту є темна та баріонна матерії, а темна енергія – це не більше, ніж абстрактна теоретична модель.

 

До відкриття темної енергії вважалося, що майбутнє Всесвіту визначається фактично його просторовими геометричними характеристиками, і, залежно від цього, Всесвіт в майбутньому міг вести себе по різному: розширюватися вічно, з певного моменту утворити стаціонарну структуру (не розширюватись і не стискатись), або почати стискатись до повного колапсу. Ці три сценарії були теоретично рівноправними, та після відкриття темної енергії стало очевидним, що Всесвіт буде розширюватись вічно, а це означає, що Всесвіту не загрожує загибель внаслідок колапсу.

 

Щоправда, взамін з’явилася можливість знищення Всесвіту внаслідок так званого великого розриву – якщо темну енергію утворюють фантомні скалярні поля, то відштовхування між усіма складовими Всесвіту, яке спричинює темна енергія, в якийсь момент стане настільки сильним, що вся баріонна матерія буде зруйнована. Але це тільки один з можливих сценаріїв еволюції Всесвіту, який якщо і буде реалізований, то не раніше ніж за 20 млрд років. Це для людства нестрашно. Особливо, якщо взяти до уваги що приблизно за 5 млрд років Земля разом з більшістю інших планет Сонячної системи буде знищена (спалена) Сонцем. Але і це не є вирок – за ці 5 мільярдів років людство зможе знайти спосіб переселитись в іншу планетну систему або галактику.

 

Реальною небезпекою для людства є воно саме – у релігійних, політичних та військових діячах, жадібності до влади та грошей.

 

  

Про одну невеличку область із простору-часу у 10-33см

Наш Всесвіт народився з дуже невеликої області простору-часу, що мала неймовірно маленькі розміри – 10-33см. У результаті так званого інфляційної стадії еволюції ця маленька область почала дуже швидко роздуватися. За короткий проміжок часу, область у десь 10-28-10-35см роздулась до майже сучасних розмірів Всесвіту. Такі часові та просторові масштаби дуже важко навіть уявити собі, а сучасна експериментальна фізика навіть не стикалась ніколи з частинками чи процесами, які би мали такий просторовий масштаб, але це так.

 

Далі почалося те, що називається у науково-популярній літературі «Великий вибух», тобто після інфляційної стадії почався повторний розігрів (рехітінг) Всесвіту і народження елементарних частинок, генерація неоднорідностей густини матерії, що і призвело до утворення структур у Всесвіті.

 

Ключовим поняттям у сучасній фізиці є «фізичний вакуум», який визначається як найнижчий енергетичний стан того чи іншого квантового поля і який має дуже нетривіальну структуру. Все те, що ми зараз спостерігаємо у Всесвіті, – всього-навсього збудженням вакууму.

 

Елементарна частинка нагадує хвилю над поверхнею води. Вакуум – це нічого. Але це «нічого» кипить віртуальними частинками, з нього народжується якась частинка і моментально народжується античастинка. Наприклад як тільки народжується позитрон, зразу ж з’являється електрон. Коли природа генерує сильні поля, високі температури, створюючи аномальні фізичні умови, то внаслідок цього відбуваються процеси, які не притаманні при звичайних, звичних нам, температурах.

 

Наприклад, поверхня води є дуже спокійною в інтервалі температур від 0 до +90оС, але, коли температура стає близькою до точки кипіння, починають відбуватись складні процеси, і вода взагалі зникає, перетворюючись поступово в пару. Коли Всесвіт тільки народився, його температура була десь 1032оК, і тоді в ньому відбувались бурхливі процеси на зразок кипіння води.

 

Про Всесвіт, що був у минулому

Фізика – наука експериментальна, вона не базується на абстрактних висновках. Критерієм істини є експеримент. Дуже багато спостережуваних даних дають можливість робити однозначні висновки стосовно того, яким був Всесвіт у минулому.

 

Наприклад, 1964 року задетектували так зване реліктове випромінювання (електромагнітне випромінювання), яке якраз і має температуру близько 2.72 Кельвіна, і яке є своєрідним фотознімком Всесвіту в той момент, коли Всесвіт був ще зовсім молодим – лише 270 000 років (сучасний вік Всесвіту складає приблизно 14 мільярдів років).

 

Окрім реліктового випромінювання, є ще кілька незалежних космологічних тестів, які дозволяють робити однозначні висновки про те, яким Всесвіт був у минулому. Наприклад, аналіз розповсюдження легких елементів у Всесвіті – в першу чергу гелію, літію, тритію. Наприклад, коли вік Всесвіту був 1.5 секунди, утворились нейтрони і протони, потім, коли Всесвіт прожив 120 секунд, з нейтронів та протонів почали утворюватись ядра дейтерію, з них виникли ядра тритію та так званого гелію-3, потім виник гелій-4 та літій. Із цих елементів утворилися первинні збурення густини, з яких постали структури Всесвіту: зірки, їхні скупчення, галактики.

 

Все це можна прорахувати, хоч це дуже величезні обчислення, пов’язані з нелінійною фізикою, важкими системами рівнянь, які можна розв’язувати завдяки сучасним комп’ютерним досягненням. Результати обчислень моментально порівнюються з тим, що спостерігається реально. І це є моментом істини для теоретичних моделей. Якщо результати узгоджуються зі спостережуваними даними, то теорія визнається життєздатною, і її продовжують вдосконалювати. Якщо ж результати обчислень далекі від того, що дають експериментальні дані, то теорія потрапляє до архіву науки.

 

 

Про фізиків-одинаків і командну роботу

Айнштайн – це фізик №1 всіх часів. Людина, яка фактично створила сучасну фізику та зробила величезну кількість геніальних передбачень. Наскільки я знаю, все, що він передбачив, вже відкрили: гравітаційні хвилі, відхилення променів світла від прямолінійного поширення, гравітаційні лінзи, кільця Айнштайна. Такі, як Айнштайн, народжуються раз на мільйон років. Дійсно геніальна людина.

 

Не скажу, що часи фізиків-одинаків пройшли. Прикладом є то й же лауреат Нобелівської премії з фізики Стівен Вайнберг, якого без перебільшення можна називати Максвелом наших днів і який дуже багато своїх робіт опублікував один. Але багато завдань сучасної фізики дійсно вимагають зусиль великої спільноти експериментаторів та теоретиків і пов’язані з величезним обсягом спостережуваних даних, тому потрібні потужні колективи і злагоджена командна робота. Наприклад, одна наукова стаття з галузі фізики високих енергій може містити понад 100 співавторів. А відкриття гравітаційних хвиль є плодом зусиль колективу з понад 1 000 членів.

 

Про позитивний негативний результат

У науці негативний результат не означає поганий. Вчений завжди може чесно і спокійно сказати, що витратив своє життя на таку роботу, результатом якої є «ні». Наприклад, зараз ведуться інтенсивні пошуки темної матерії. Для того, щоб допомогти експериментаторам, проводяться обчислення так званого простору параметрів частинок, які можуть утворювати темну матерію. Завдання зводиться до того, щоб звузити цей простір параметрів, вказавши експериментаторам, за яких значеннях параметрів точно непотрібно шукати ці частинки.

 

Якщо негативний результат отриманий чесно, якщо йому довіряють інші, значить, це позитивний результат, і експериментатори збережуть свої зусилля. Більш того, чесно отриманий вченим негативний результат дозволить тим, хто прийде пізніше, продовжувати досліджувати цю ж проблему, шукати її розв’язок в іншому напрямку.

 

Останнім часом намітилась така тенденція, що фізики-теоретики просто вказують фізикам-експериментаторам, де і що потрібно шукати. Наприклад, відкриття W і Z-бозонів – це заслуга фізиків-теоретиків Стівена Вайнберга, Абдуса Салама та Шелдон Лі Глешоу – трьох вчених, які отримали Нобелівську премію за те, що передбачили в кінці 1960-х років існування цих трьох елементарних частинок. В період з 1977 до 1986 року всі зусилля фізиків-експериментаторів були направлені на створення структури спроможної детектувати ці частинки, і в 1986 році ці частинки знайшли.

 

Інший яскравий приклад – експериментальне спостереження бозону Гіггса, існування якого передбачили в 1962 році два бельгійські фізики Еглер і Брут, а в 1964 році на основі більш простої моделі це ж саме зробив і сам Пітер Гіггс. І вже починаючи з 1970-х років почали цю частинку шукати експериментально. Майже 40 років витрачено, щоб цю частинку знайти.

 

 

Про теорії, які можуть підтвердитись в майбутньому

Найближчим часом будуть проводитися експерименти, які допоможуть виявити, чи існують так звані частинки-суперпартнери. Існує градація елементарних частинок, що діляться на ферміони і бозони. Ферміони – це частинки, які мають напівцілий спін, а бозони – цілий спін. Спін – це квантовомеханічна характеристика частинки. Бозонам і ферміонам притаманні принципово різні властивості. Наприклад, явище Айнштайнівської конденсації притаманне тільки бозонам. Одна з найбільш популярних теорій, це та, що кожна частинка – і ферміон, і бозон – має свого суперпартнера – частинку, яка має ті ж самі властивості за винятком спіну, який відрізняється на половину. 

 

Найближчим часом цю теорію перевірять, сподіваюсь, це станеться ще за мого життя. Якщо це так, якщо дійсно суперпартнери існують, то це може в майбутньому призвести до глобальних наслідків в технічному плані.

 

Зараз ми користуємось мобільними телефонами, комп’ютерами, а теоретичну основу для створення цих приладів було закладено в 1930-ті роки, коли було винайдено квантову механіку. Але тогочасні вчені навіть уявити не могли, що їхні відкриття можуть призвести до таких прогресивних для людства наслідків. З іншого боку, Айнштайн все життя переживав, що завдяки тому, що відкрив свою знамениту форму «Е=мс2», стало можливим створення атомної бомби. Коли її застосували, в нього була дуже сильна депресія. Неможливо передбачити вплив фундаментальних наукових відкриттів на майбутнє. Але так чи інакше, якщо будуть відкриті частинки-суперпартнери, це буде фундаментальне відкриття, яке змусить нас переглянути та верифікувати наш світогляд.

 

Друга річ, яка є принципово важливою, – найближчим часом буде експериментально підтверджено або спростовано теорію про існування додаткових вимірів. Вважається, що ми живемо в чотиривимірному просторі часі. Тривимірний простір плюс четвертий вимір – час. Але дуже багато є теорій, які стверджують, що є ще додаткові виміри, але з певних причин ми їх поки що не можемо спостерігати.

 

Досліджують активно зараз і можливість телепортації, і, це не якась абсурдна річ, квантова механіка такі явища допускає. Це є по своїй суті прояв властивостей фізичного вакууму. Ніхто ж не дивується, коли якась хвилька зникає в одній точці і з’являється в іншій точці, коли ми спостерігаємо за поверхнею води.

 

Про Україну, багату на талановитих фізиків, і вчителів

Українці дуже здібні до фізичних наук, починаючи ще з радянських часів – 1930-40 років. Наприклад, у Харкові була чудова школа теоретичної фізики, у якій зокрема працював Лев Ландау і його учні.

 

Українська обдарована, здібна до математики та фізики молодь, все-таки виживає і демонструє досить хороші показники, не зважаючи на те, що в останні 20 років їх активно «закатують в асфальт» чиновники Міністерства освіти і члени Академії педагогічних наук своїми руйнівними і бездарними реформами в галузі середньої та вищої освіти. Маю безпосереднє відношення до підготовки нашої національної команди школярів до міжнародних олімпіад з фізики, і в цьому тисячолітті не було такого випадку, щоб ми приїхали з олімпіади без нагород. Команда – це 5 осіб, і всі отримують нагороди завжди.

 

У цьому величезна заслуга вчителів, які навчали фізиці та математиці цих дітей. Так, до певного моменту представників на міжнародних олімпіадах з Херсона не було. Як тільки в Херсоні з’явився вчитель Максим Пашко, молода здібна людина, навколо нього відразу з’явилися учні. Починаючи з 2007 року, постійно з Херсона 1-2 його вихованців потрапляють у п’ятірку найкращих в Україні молодих фізиків і дуже пристойно виглядають на міжнародних олімпіадах. Точно те ж саме можна сказати і про легендарного вчителя школи №145 Києва Олексія Розенвайна. 

 

Якби держава працювала на перспективу, то потрібно було би, в першу чергу, зробити так, щоб вчитель і лікар були не тільки найбільш престижними, а й найбільш високооплачуваними професіями. Тому що від цих двох професій залежить майбутнє нації, а також її фізичне, інтелектуальне та психологічне здоров’я. Я знімаю капелюха перед людьми, які готують учнів і вірять у них.

 

 

Про геніїв, які змушені «забивати цвяхи»

Здібні молоді фізики отримують у нас хорошу освіту, на перших етапах добре себе рекомендують як науковці, але потім в силу обставин змушені або покидати наукову діяльність, або продовжувати кар’єру за кордоном. Причина – сміхотворна зарплата, яку пропонують молодшому науковому працівникові та квартирне питання для некиян.

 

З іншого боку, перспективних вчених буквально після захисту перехоплюють фірми і великі корпорації. От в Україні ми зараз відчуваємо присутність Samsung, що вишукують таку молодь і пропонують їй більш-менш нормальні умови роботи, зарплату. Молода людина, яка має просто неймовірний потенціал, здатна розв’язувати складні наукові задачі, в Samsung просто образно кажучи «забиває цвяхи», займається рутинною, не творчою роботою. Деякі люди з часом починають це розуміти і покидають бізнес, але ж вони вже звикли до хороших фінансових умов, до просто хороших умов праці, де є комп’ютер, зручний кабінет, тому шукають собі роботу такого ж рівня.

 

Відтік з наукової сфери достатньо потужний, і це тенденція не тільки України, а й закордоном. Там основні конкуренти – це Wolksvagen і Bayer, BMW тощо. Концерни розуміють, що талановита молодь має дуже високий IQ, високий потенціал і їх достатньо нескладно переорієнтувати професійно, і від того мати добрий результат та зиск.

 

Про Національну академію наук (НАНУ), академіків, яким за 80, і майбутнє України

Останнім часом все голосніше лунають думки про те, що НАНУ повинна бути ліквідована. Категорично з цим не погоджуюсь. Ліквідована повинна бути Академія педагогічних наук України, яка за роки незалежності України нанесла і продовжує наносити нищівні удари по освіті в Україні, фактично на пару з «вічними» чиновниками з Міністерства освіти спрямовуючи рівень освіти України в морок середньовіччя. Діяльність же НАНУ в період незалежності України в цілому, очевидно, була позитивною.

 

Без всякого перебільшення створена за радянських часів Академія наук є однією з найбільших цінностей, які дістались незалежній Україні від СРСР. Зараз, очевидно НАНУ переживає не кращі часи. Якщо називати речі своїми іменами, то вона перебуває в кризовому стані.

 

Це є наслідок в першу чергу зневажливого ставлення влади України до науки в цілому і до НАНУ зокрема. Відсутність належного фінансування діяльності НАНУ призвела до масової міграції провідних вчених за кордон, примусила багатьох молодих перспективних вчених просто покинути науку та шукати пристойного заробітку в інших сферах людської діяльності, а також ввела в депресивний стан велику кількість науковців так званого середнього покоління, які просто втратили внаслідок такого ставлення держави до їх праці інтерес до наукової діяльності. Але навіть зараз, незважаючи на те, що за роки незалежності науковий рівень НАНУ м’яко кажучи не зростав, (ще раз «велике спасибі» за це нашій владі), деякі інститути НАНУ (наприклад, Київський інститут теоретичної фізики ім. М. Боголюбова чи Львівський інститут фізики конденсованого стану) продовжують працювати на надзвичайно високому рівні, і провідні науковці цих інститутів є вченими зі світовим авторитетом.

 

Ще однією причиною нинішнього кризового стану НАНУ є її керівництво, тобто те, що частина академіків та провідних співробітників НАНУ, які зараз керують діяльністю НАНУ і вважають себе лідерами української науки, вже давно живуть науковими уявленнями та стандартами 80-90-х років, а наука у світі дуже швидко розвивається. Це й не дивно, якщо згадати, що середній вік керівництва Академії наук – аномально великий, і погано, що людям, які вирішують фінансові питання, за 80, а декому вже й за 90 років. Тривіально, але «в кареті минулого далеко не поїдеш». 

 

Щоб не бути голослівним, наведу такий приклад. Я був анонімним рецензентом циклів робіт, що були виконані в двох інститутах Академії наук, очолюваних академіками Б.Гриньовим та І.Вишневським Ці роботи були номіновані на здобуття державної премії в сфері науки й техніки. При детальному ознайомленні зі їхнім змістом я був неприємно вражений тим, що в обох випадках велика група здібних, висококваліфікованих науковців на чолі з академіками, витративши величезну купу інтелектуальних зусиль та великий обсяг державних коштів в період ще з кінця ери Радянського Союзу – 1989-91 років і до сьогодні – отримали наукові результати, які по своїй суті є аналогічні тому, що вага звичайної людини, жителя земної кулі, гарантовано не більша, ніж 10 тонн, а ріст гарантовано не більший ніж 1 км. Це, безумовно, правильний результат. Тільки яка його наукова цінність? І «величезна заслуга» в тому, що науковці отримали такі результати, безумовно, на академіках, які ці колективи очолювали і визначали стратегію пошуків та досліджень. 

 

Сама президія НАНУ на реформи неспроможна, незважаючи на присутність в її рядах таких не просто відомих вчених, але й ще прогресивних, порядних та далекоглядних людей як академіки А.Г. Загородній, В.М. Локтєв, І.М. Мриглод. Таких як вони, на жаль, в президії НАНУ дуже мало. І чергові первибори Бориса Патона на посаду президента НАНУ яскраво це підтверджують. Цей вибір свідчить про те, що в НАНУ існує критично велика кількість людей, яким байдуже майбутня доля НАНУ. Оточення Патона, очевидно, звикло просто розподіляти кошти, які НАНУ отримує від держави, так, як їм заманеться. Це все, що їм потрібно. Цю критичну кількість людей потрібно негайно усунути від діяльності НАНУ. Інакше будь-яка підтримка її діяльності з боку держави буде зведена нанівець.

 

Зараз для того щоб зберегти Академію наук, роль якої для сучасного та майбутнього науки та науково-технічного прогресу України важко переоцінити, потрібно дві речі. Перше – держава повинна радикально змінити своє ставлення до науки і різко збільшити фінансування цієї сфери. Друге – сама НАНУ потребує жорсткої як кадрової, так і структурної реформи.

 

Фотографії: Василь Чуріков


comments powered by Disqus