История, которую наука нам рассказывает о происхождении Вселенной, уже повлияла на жизнь каждого из нас, в самой основе изменила принципы внесения новых пунктов в любой социальный договор, открыла неожиданные возможности и риски, предопределила будущее последующих поколений.

Потому то, что сегодня наука рассказывает о происхождении, должно быть известно всем, как во всяком полисе Древней Греции все должны были знать мифы о сотворении, принятые там за истину. Но достичь этого можно, лишь преодолев одно существенное препятствие – научиться понимать изощренную научную терминологию.

Трудный язык

Все началось с незначительного, на первый взгляд, события, случившегося около четырехсот лет назад, в центре которого оказался один профессор геометрии и механики Падуанского университета. Когда Галилео Галилей начал свои опыты с изобретенной в Голландии зрительной трубой, чтобы превратить ее в инструмент для наблюдения небесных тел, он даже отдаленно не представлял себе, какие неприятности для него это повлечет за собой, и уж тем более не мог предвидеть те потрясения для всего мира, которые вызовут его наблюдения.

То, что Галилей увидел через свою систему линз, лишило его дара речи: Луна вовсе не была совершенным небесным телом, описанным в самых авторитетных античных текстах, и она не была из не знающего разрушения вещества – на ней были видны горы, неровные стены кратеров и равнины, похожие на земные; на Солнце обнаружились пятна, а само оно, как выяснилось, вращается вокруг своей оси; Млечный Путь оказался скоплением грандиозного числа звезд, а “звездочки” вблизи Юпитера – его спутниками, обращающимися вокруг него, как Луна вокруг Земли. Когда в 1610 году Галилей опубликовал все это в своем “Звездном вестнике”, он вызвал, вероятно, сам того не желая, настоящую лавину, обрушившую всю систему верований и высших ценностей, которая оставалась незыблемой более тысячи лет и которую никто никогда не осмеливался обсуждать.

С Галилеем рождалась современность: человек выбрался из колыбели и оказался наедине с целым миром, всем величием Вселенной, вооруженный исключительно своей изобретательностью. Ученый больше не искал истины в книгах, не склонял головы перед авторитетом, не повторял формул, донесенных до него традицией, он все подвергал самой беспощадной критике. Наука стала довольствоваться “временными истинами”, построенными благодаря “чувственному опыту” и “необходимым доказательствам”.

Сила научного метода – в использовании предположений, подтверждаемых при помощи инструментов, которые позволяют наблюдать, измерять и каталогизировать самые разнообразные явления природы. Результаты этих экспериментов, названные Галилеем “чувственным опытом”, дают основания решить, работает ли сделанное предположение, или его следует отвергнуть.

Его наблюдения скоро дали неоспоримые доказательства состоятельности “безумных” теорий Коперника и Кеплера, представлениям о мире предстояло радикально измениться, ничто уже не могло остаться прежним. Искусству, этике, религии, философии, политике – одним словом, всему на свете было суждено перевернуться в ходе этой концептуальной революции, поставившей человека и его разум в центр всего сущего. Потрясения, которые вызвал этот новый подход в самые короткие сроки, были настолько глубокими, что им трудно найти прецеденты.

Галилеевская наука была так революционна не тем, что присвоила себе право защищать истину, а тем, что безустанно пыталась фальсифицировать собственные предсказания. В ее сердце надежда разом поколебать уверенность во всяком достигнутом знании, она то и дело поправляет сама себя, опираясь на результаты экспериментов; наконец, чтобы исследовать все более таинственные свойства материи и Вселенной, она переносит внимание на все более изощренные допущения, следствия которых собирается исследовать.

Этот подход, объединяющий терпение с осознанием цели, рождает новые представления, объясняющие какие-то неуловимые и кажущиеся на первый взгляд маргинальными явления. Таким образом, создание все более полной и сложной картины мира приводит к постижению в мельчайших деталях самых сокровенных природных явлений и разработке самых изощренных технологий.

Цена, которую приходится платить за то, чтобы следовать таким путем, – это необходимость пользоваться все более сложными инструментами и все менее понятным для непосвященных языком. Не только язык этот удаляется от реалий, в которых протекает наша повседневная жизнь, но и используемые в ней инструменты, и привычный концептуальный аппарат, в иных обстоятельствах весьма эффективный, оказываются здесь совершенно непригодными. Когда мы приступаем к исследованиям тех микроскопических размерностей, в которых прячутся секреты строения материи, или непостижимых космических пространств, рассказывающих нам о происхождении Вселенной, нам нужно очень специфическое оборудование и совершенно особая подготовка, получаемая на протяжении многих лет.

И это не должно нас удивлять. Даже далекие путешествия по Земле требовали значительных усилий и специального оборудования. Только представьте себе экстремальные сплавы по рекам, или восхождения на Гималаи, или погружения в глубины океана. Почему научное исследование должно быть проще?

Всякому, кто хочет познать ценность физики, надо потратить годы непрестанных усилий, чтобы изучить теорию групп, дифференциальное исчисление, освоить аппарат теории относительности и квантовой механики, изучить теорию поля. Это все довольно сложно даже для тех, кто занимается такими вещами годами. Но языковой барьер, не позволяющий большинству людей проникнуть туда, где бьется сердце современных научных исследований, легко преодолеть. Обыденный язык вполне пригоден для того, чтобы объяснить ключевые понятия, а главное – для того, чтобы сделать доступной каждому ту новую картину мира, которую наука формирует прямо сейчас.

Опасное путешествие

Чтобы постичь происхождение нашей Вселенной, надо быть готовым предпринять исключительно рискованное путешествие. Опасность возникает оттого, что нам приходится погрузить свой ум в среду таких понятий, где наши привычные категории оказываются совершенно бесполезными. В результате нам приходится описывать неописуемое, воображать невообразимое, постигать себя всеми силами своего ума – нашего ума, ума сапиенс-сапиенсов, который оказался достаточно мощным инструментом для освоения и колонизации всей планеты, но обнаружил слабость, когда требовалось понять, что происходит в местах более удаленных. Но, как и у мореплавателей прошлого, у нас нет выбора: нам приходится поворачивать бушприт к отдаленной точке на горизонте и, вверив себя судьбе, пускаться в плавание по неизвестному океану. Так же и для нас в научном исследовании важнее всего возвращение в родную гавань. В этом нынешний исследователь более всего подобен Одиссею – где бы он ни был, он мечтает о том, как сойдет на берег Итаки. И даже если во время путешествия не удалось открыть какой-то новой земли или вообще все закончилось кораблекрушением, возвращение домой – это возможность рассказать другим морякам об опасных отмелях и неудачном выборе маршрута, которых им следует избегать.

Ибо современная наука – это предприятие прежде всего коллективное. У нас есть и теории, и карты, которыми можно руководствоваться, но случай нередко нас заводит в места совсем незнакомые. Наши “корабли” продуманы до мелочей, но достаточно упустить из виду хоть какую-то деталь, и крушение станет неизбежно. Тысячи пытливых умов превращают нашу команду в сообщество красочное и беспокойное. Современные исследователи терпеливы и любопытны, как и Одиссей, они быстры умом в изобретении новых стратагем для преодоления неожиданных препятствий.

И хотя в круг интересов нашего исследования попадают вопросы почти философские (из чего состоит материя? как образовалась Вселенная? каким будет конец нашего мира?), работа физика-экспериментатора – один из наиболее конкретных видов деятельности, какие только можно себе представить.

С физиком, занимающимся элементарными частицами, работают в одной команде еще десятки тысяч человек, они разбросаны по всему миру и поглощены изучением поведения мельчайших кусочков материи – никто из них не сидит за письменным столом, проводя расчеты, медитируя над теориями, придумывая новые частицы. Современный научный прибор для исследования в области физики высоких энергий – высотой с пятиэтажный дворец, весом как линкор и набит миллионами датчиков. Для того чтобы сконструировать и построить это чудо современной техники, требуются десятки лет совместной работы тысяч людей, относящихся к мелочам с параноидальным вниманием. Для того чтобы спустить на воду новое, еще более совершенное, быстрое и маневренное плавсредство для наших путешествий, которое заменит нынешнее, нужны годы: надо придумывать прототипы и, порой приходя в отчаяние, доводить их до рабочего состояния, а затем воспроизводить в большем масштабе. Но, даже когда все эти детекторы с величайшей заботой и терпением наконец пущены в ход, а эксперименты на них спокойно проводятся месяц за месяцем, предчувствие грозящей катастрофы не отпускает ни на минуту. Не обнаруженная вовремя неисправность, дефектный чип, раскрошившийся контакт, наспех сваренная трубка в системе охлаждения – любая такая мелочь может в любой момент погубить все коллективные усилия. Громкий научный успех от горчайшего провала отстоит подчас на один неосторожный шаг.

Два пути познания

Как накапливаются экспериментальные данные о рождении пространства-времени? Что позволяет ученым судить о первых вздохах новорожденной Вселенной? Здесь начинается новая игра, в которую можно вступить по одному из двух путей познания, совершенно несхожих между собой и абсолютно независимых.

На одной стороне оказываются те, кто изучает бесконечно малое, элементарные частицы. Исходной точкой для них служит то, что вся окружающая нас материя, из которой состоят камни и планеты, цветы и звезды – одним словом всё, включая нас самих, – по-особому организована. Хотя эта материя и кажется нам вполне обычной, в действительности она наделена очень странными свойствами: это связано с тем, что наша Вселенная очень старая и очень холодная. Как указывают самые последние данные, наш “дом” был построен почти четырнадцать миллиардов лет назад, и теперь это жилище по-настоящему ледяное, замороженное донельзя. Для нас, укрывшихся на планете Земля, все, что нас окружает, кажется теплым и комфортабельным, но стоит только выбраться за защитную оболочку атмосферы, и столбик термометра уйдет вниз. Если измерять температуру где-нибудь среди безбрежной пустоты между звездами или в межгалактическом пространстве, термометр покажет всего несколько градусов выше абсолютного нуля – около –270 градусов по Цельсию. Материя современной Вселенной разреженна, очень стара и очень холодна, она совсем не похожа на материю Вселенной в ее младенчестве – раскаленную и невероятно плотную.

Чтобы понять, что с ней случилось в самые первые мгновения ее жизни, необходимо где-то найти или как-то изобрести способ воссоздать для мельчайших частичек материи те исходные условия и температуры. Надо совершить что-то вроде путешествия назад во времени.

Именно это и делается с помощью ускорителей элементарных частиц. При столкновении протонов или электронов, разогнанных до высоких энергий, проявляет себя соотношение Эйнштейна: энергия равняется массе, умноженной на квадрат скорости света. Чем выше энергия сталкивающихся частиц, тем более высокая локальная температура может быть создана и тем больше масса возникающих в результате и оказывающихся доступными для изучения элементарных частиц. Для достижения максимальных энергий требуются гигантские сооружения вроде Большого адронного коллайдера, ускорителя ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям), простирающегося на двадцать семь километров под землей в окрестностях Женевы.