ДЕНЬ РОССИИ
СОЦИАЛЬНОЕ ОБЩЕЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ
17:47, 2 декабря 2019

Я.Б.Зельдович (родился 08.03.1914 года) (1914 - 1987)


Вопросы философии, 1985, № 6, с. 57–62.




В решении задачи максимального удовлетворения материальных и духовных потребностей человека большую роль призвана сыграть наука. Известен тезис о том, что наука стала производительной силой. Характеризуя экономику той или иной страны или области, говорят о наукоёмких производствах, т.е. о таких, в которых производство и конкурентоспособность прямо связаны с уровнем науки. К наукоёмким производствам относятся, например, производство микроэлектронных схем и их применение в вычислительной и информационной технике или производство фармацевтических препаратов с использованием генной инженерии. Список этот можно было бы неограниченно продолжать. 


Развитые страны тратят на науку несколько процентов валового национального продукта. Этот факт также подтверждает значение науки в современном производстве. 


Наряду с практическими целями наука ставит и такие фундаментальные задачи, как выяснение структуры микромира и исследование Вселенной, понимание жизни и её происхождение. 


Создаются ускорители элементарных частиц — технически сложные и весьма совершенные установки, занимающие много квадратных километров, стоимостью в несколько миллиардов долларов. Строятся гигантские телескопы. Развивается радиоастрономия. Астрономические приборы выносятся за атмосферу в космос. Теоретические группы, состоящие из чрезвычайно способных людей, с огромным напряжением работают над развитием фундаментальной теории, используя, в частности, и современные вычислительные средства. Специалисты из других областей, вероятно, привели бы тоже большой перечень задач, приборов и методов. 


Есть и общая закономерность исследований: во многих областях имеется более или менее отчётливое разделение проводимых работ на два типа. Первый — работы с заранее запланированной практической целью — так называемая «прикладная наука». Второй — работы, ставящие целью познание, создание картины микро- и макромира, без заранее определённых практических задач. Нисколько не умаляя значение работ первого («прикладного») типа, назовём работы второго типа фундаментальной наукой. 


Термин этот не очень хорош. Если понимать под словом «фундаментальный» основательность, незыблемость, прочность, то терминологию нужно было бы менять. Решая практические задачи, мы пользуемся незыблемыми и твёрдо установленными законами. И наоборот: при исследовании нерешённых вопросов микромира и Вселенной в наибольшей степени приходится пользоваться смелыми гипотезами. Часть из них учёные вынуждены отбрасывать под влиянием новых данных опыта или вследствие внутренних противоречий, выявляющихся в ходе развития идей. «Фундаментальность» задач сочетается со смелостью вариантов теории. 


Всё же за отсутствием лучшего общепринятого термина будем говорить о «фундаментальной» науке. Какова её социальная роль? Почему общество идёт даже на большие затраты для развития фундаментальной науки? 


Начну с аргументов скептиков, с которыми не согласен. Крупный советский учёный, ныне покойный, когда-то говорил: «Наука есть способ удовлетворения личного любопытства за государственный счёт». Не будем называть имени [Ну почему же? Это сказал Л. А. Арцимович. — E.G.A.], замечу только, что скептицизм скорее помешал, а не помог научной деятельности автора хлёсткого, но по существу неверного афоризма. 


В том же русле рассказывают исторический анекдот. Лапласа интересовала фигура Земли, т.е. отношение длины экватора к длине линии, проходящей через полюса. Однако в бурные и трудные годы Великой Французской революции было крайне сложно получить ассигнования на соответствующие точные геодезические измерения. Заметим мимоходом, что сейчас такие измерения проводят, притом не только в мирных, но и в военных целях. Но вернёмся к временам, когда межконтинентальные баллистические ракеты не существовали, и к Лапласу. Лаплас предложил Конвенту новую революционную единицу длины — метр, определённую как одна сорокамиллионная часть земного экватора. Был принят декрет, даны ассигнования и проведены измерения. Наряду с единицей измерения — метром Лаплас узнал также, насколько Земля сплющена по полюсам и растянута по экватору действием центробежной силы своего вращения. Но не злоупотребил ли доверием членов Конвента великий французский учёный?.. 


Итак, один взгляд на фундаментальную науку: предмет личного любопытства одного или нескольких учёных, любыми способами получающих государственные деньги. Взгляд не новый, вспомните сатиру Джонатана Свифта «Путешествие Гулливера», описание острова Лапуты, проживающих там учёных и тематику их исследований. 


Однако этот взгляд поверхностный и совершенно неправильный. Надеюсь, что дальнейшим изложением я смогу доказать это даже критически настроенному читателю. 


Другой взгляд на фундаментальную науку основан на ещё более убедительных исторических примерах. 


Механика Ньютона необходима для машиностроения — от ткацких станков до авиации, для выхода в космос и его использования в технике связи. 


Электродинамика Фарадея и Максвелла явилась основой электрификации промышленности и привела Попова к созданию радиосвязи. 


Теория атома — квантовая механика привела Эйнштейна к предсказанию индуцированного излучения. Используя эти предсказания в наибольшей степени, Басов и Прохоров создали лазеры со всеми их применениями в технологии и медицине. 


Развитие теории атомного ядра, начатое Резерфордом, привело к созданию ядерной энергетики, сжигающей уран. На очереди термоядерное сжигание дейтерия и трития (тяжёлых изотопов водорода). Трагическим побочным эффектом оказалось создание ядерного и термоядерного оружия. 


Этот список можно продолжать почти бесконечно, до размера многотомной энциклопедии. В приведённых примерах характерно, что в большинстве случаев первооткрыватели не видели отдалённых последствий своих открытий. Иногда они догадывались об этих последствиях: на вопрос о значении открытой электромагнитной индукции Фарадей отвечал вопросом: «Можете ли Вы, глядя на новорождённого младенца, сказать, чего он достигнет в своей жизни». Не конкретизируя, Фарадей предвидел великое будущее своего открытия. 


Но Эйнштейн не подозревал, что будут открыты лазеры. Резерфорд, которому надоели прожектёры, чётко до конца своей жизни (1937 г.) отрицал возможность энергетического использования ядерной физики. 


Подойдём к концепции, которую можно коротко выразить: «Всякая хорошая фундаментальная наука приносит практические результаты», но отнесёмся к этому тезису не предвзято. Не будем опираться на авторитеты, не будем ссылаться на исторический опыт. Его сила — в том, что это опыт, его слабость — в том, что он исторический, т.е. относится к прошлому, к той ситуации, которая была в науке в прошлом, но которая к настоящему времени уже изменилась. 


Сейчас мы знаем не только больше отдельных научных фактов — мы гораздо глубже понимаем внутренние соотношения между различными областями науки. 


Главное достижение можно назвать принципом соответствия. Это очень широкое обобщение конкретного «принципа соответствия», которым Бор пользовался при разработке теории атома. Кратко принцип характеризуется следующим образом: существуют теории, в своей области установленные навсегда; новые теории обязаны соответствовать этим уже установленным теориям, развивая и изменяя их только в новой области применимости. 


Приведём только два общеизвестных примера. 


1. Ньютоновская классическая механика установлена навечно для малых скоростей больших тел. 


2. Наука проникает в глубину протона и нейтрона, кирпичиков, из которых построены ядра. Оказалось, что они, в свою очередь, состоят из так называемых кварков — частиц с дробным зарядом, которые принципиально невозможно извлечь из ядра. Однако общая схема атома, состоящего из ядра и электронов, не изменилась, она останется навечно. Новая ступень в познании физики ядра не изменит химии и атомной физики и не обещает новых источников энергии! 


Вывод, следующий из этих примеров и обобщающего принципа соответствия, таков: появилось знание общих законов развития науки. Это знание не позволяет нам давать неопределённые обещания. Наряду с примерами плодотворного практического применения достижений фундаментальной науки (авиация, электроника, радио и телевидение, атомная энергетика, информатика) можно привести и противоположный пример. 


Общая теория относительности, т.е. созданная в 1916 г. Эйнштейном геометрическая теория тяготения, несомненно, является замечательным идейным достижением. Эта теория необычно продвинула наши представления о силах природы, полностью разъяснила сущность одной из этих сил — тяготения, сведя её к геометрии. Общая теория относительности становится в конце нашего века образцом для дальнейшего развития фундаментальной физики. С этой теорией связан огромный прогресс в астрономии, и в частности в космологии — в науке о Вселенной как целом. Вместе с тем общая теория относительности не имеет практических (энергетических, или информационных, или медицинских) применений. Значит, нельзя (да и не нужно) говорить, что всякая хорошая теория обязательно даёт практические плоды. 


Всё сказанное выше можно считать кратким предисловием к тому третьему взгляду на фундаментальную науку, который является главным тезисом данной статьи. 


Фундаментальная наука нужна и потому, что она удовлетворяет духовные потребности человека. 


Духовные потребности не сводятся к восприятию искусства, музыки, красоты природы. Знание и понимание устройства природы также являются важнейшей потребностью человека. 


Особенно хочу подчеркнуть, что это потребность большинства людей, а отнюдь не только учёных. Здесь уместно сравнение со слушателями музыки (их очень много) и композиторами. 


Восприятие красоты науки надо воспитывать. Может быть, специалисты (не исключаю себя) виновны в том, что недостаточно пропагандируют понимание сущности науки. Средняя школа могла бы в большей степени давать учащимся самые общие представления о задачах и методах науки, даже за счёт конкретных деталей, нужных специалистам. 


В пятидесятых годах драматические применения ядерной физики (именно применения!) сильно увеличили престиж этой науки. 


Увеличился конкурс при поступлении на физические факультеты. Возросли ассигнования на ускорители в связи с их увеличением. Помню замечание крупного зарубежного физика: «Большие ускорители стали предметом престижа государства, как в средние века престижным было строительство гигантских соборов». Здесь есть вызов, намёк на сходство между функцией фундаментальной науки и функцией религии. Принимаю этот вызов, поднимаю перчатку. В определённые исторические периоды религия играла прогрессивную роль, сплачивала нации, упорядочивала жизнь общества. В настоящее время роль религии падает. Я атеист, не верю в Бога и надеюсь, что рационалистическое мировоззрение станет всеобщим. Вместе с тем существование религии есть объективный исторический факт. Социально-психологический вывод, который следует из этого факта, как раз и подтверждает главный тезис моей статьи: человек объективно имеет глубоко заложенные в его сознании духовные потребности. Будет только хорошо, если интерес к науке займёт то место в духовной жизни человека, которое ещё недавно занимала религия. 


Но подчеркнём и различие между наукой и религией. Религия не одна, есть много разных религий, рождённых разными общественными и историческими (или доисторическими) условиями. 


Борьба различных религий между собой принимала самые уродливые, жестокие и кровавые формы. Во имя Бога инаковерующих сжигали, казнили, изгоняли (достаточно обратиться к любой брошюре по истории религии). 


Наука отличается от религии тем, что она исследует объективно существующие закономерности природы. Наука едина, выводы её, проверенные опытом, одинаковы, в какой бы стране ни проводились опыты, каким бы ни был цвет кожи экспериментатора. 


Этот простой и очевидный факт связывает между собой учёных всего мира. При правильной постановке пропаганды научных знаний международный характер фундаментальной науки вызывает взаимное уважение народов разных стран. Невозможно переоценить значение этого фактора в настоящее время опасного нарастания напряжённости в мире. 


В ходе международного соревнования в технологии и в прикладной науке возможно искусственное ограничение новой информации для того, чтобы ею не воспользовались конкуренты. 


В фундаментальной науке задержка информации о новых результатах и запечатанные конверты с надписью «Вскрыть через 10 или 20 лет» давным-давно ушли в прошлое. Современный учёный спешит опубликовать свои результаты или даже гипотезы и догадки. Наряду с журналами появляются препринты, издаваемые за 2-3 недели. Необычайно возросла роль личного общения на конференциях и симпозиумах. Фундаментальная наука играет всё большую благодетельную роль в укреплении международных связей, не подверженных местным и временным колебаниям. 


Древние греки высоко ценили науку, но свысока смотрели на её приложения. В настоящее время прикладная наука завоевала такое положение в обществе, когда она не нуждается в защите. Но не будем забывать и фундаментальную науку. 


Не будем забывать роль фундаментальной науки в рождении науки прикладной, но сохраним уважение и восхищение самой фундаментальной наукой. 


Она является замечательным творением человеческого разума и, в свою очередь, совершенствует разум и душу человека. 


Чтобы не быть голословным, приведу два примера достижений восьмидесятых годов в наиболее близких мне областях. 


Один пример относится к теории элементарных частиц. 


Более 100 лет развивается теория электромагнетизма. Почти 100 лет исследуется радиоактивность. До недавнего времени казалось, что это принципиально различные явления. 


Электромагнетизм связан с движением заряженных частиц — электронов. Конструктор электрического генератора, электромотора или радиоаппаратуры представляет себе электроны как крошечные, очень лёгкие, точечные зарядики, движущиеся по проводам и создающие ток и магнитное поле, скапливающиеся на пластине конденсатора и создающие заряд и электрическое поле. Электроны только перемещаются с места на место, но не рождаются и не уничтожаются. 


В явлениях радиоактивности атомное ядро может испустить, т.е. родить и выбросить, электрон. 


Важно подчеркнуть, что электрона в ядре не было, он именно родился. Есть и такие ядра, которые заглатывают и уничтожают электрон, до того мирно пребывавший в числе атомных. 


Итак, казалось, что электромагнетизм и радиоактивность никак не связаны. Однако за последние 20 лет появились теории, объединяющие эти две области физики. 


Движение электрона представляется как его исчезновение в одном месте и рождение в другом. Электромагнитное поле можно представить себе как совокупность особых частиц — фотонов, квантов (кусочков) электромагнитного поля, летящих со скоростью света. Анализируя как сходство, так и различие радиоактивности и электромагнетизма, физики-теоретики пришли к выводу, что должны существовать и другие частицы, во многом похожие на фотоны, но отличающиеся большой массой. Новые предсказанные частицы трёх сортов — положительные, нейтральные и отрицательные — почти в сто раз тяжелее атома водорода! Соответственно и скорость их всегда меньше скорости света, эти частицы неустойчивы и сами распадаются, они не могут быть использованы ни в электромоторе, ни для радиосвязи. В 1983 г. эти частицы были открыты в результате долгого, трудного, но целеустремлённого поиска. Подтверждение на опыте предсказания теории всегда справедливо рассматривалось как пример силы теории, и не только теории, но и науки в целом. Так было, когда Менделеев предсказал неизвестные до того элементы, а Леверье — новую планету. Время великих предсказаний науки не кончилось. 


Второй пример достижений фундаментальной науки — современный прогресс космологии, т.е. науки о всей Вселенной. Общая картина расширяющейся Вселенной уже давно, несколько десятилетий тому назад, перешла в разряд твёрдо установленных фактов. Новая постановка вопроса, характерная для последних 5 или 10 лет, состоит в том, что появляются ответы на вопросы о том, почему Вселенная расширяется, и о том, как могло возникнуть то начальное состояние, эволюцию которого мы наблюдаем. Здесь не место излагать сколько-нибудь подробно трудные теоретические вопросы. Отмечу только, что: 


1. Гравитационное взаимодействие с уже имеющимся веществом может компенсировать затраты энергии на создание нового вещества; 


2. В определённых условиях гравитация приводит к расталкиванию отдельных частей системы и тем самым придаёт системе в целом характерное для расширяющейся Вселенной движение; 


3. Возможно возникновение обычного вещества в горячей плазме, в которой вещество и антивещество вначале были в равном количестве. 


Все перечисленные пункты не доказаны прямыми опытами (и будут доказаны нескоро), но они согласуются с современной теорией и не противоречат общим принципам, таким, например, как закон сохранения энергии. Вместе эти теоретические идеи дают возможность понять происхождение и свойства современной Вселенной. 


Несомненно, биолог, или геолог, или исследователь Солнечной системы привёл бы другой набор достижений фундаментальной науки в своей области знания. И всё же мир элементарных частиц и Вселенная как целое — это две самые волнующие крайности, между которыми лежит всё остальное. 


Ещё одной чрезвычайно важной функцией фундаментальной науки является её роль в воспитании кадров. 


Вспоминаю дискуссии 1938 г., когда академику Абраму Фёдоровичу Иоффе, директору Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ), вменялась в вину активная работа института в области ядерной физики. Говорили о том, что занятия ядром не согласуются со словом «технический» в названии ЛФТИ. 


Прошло несколько лет, ядерная физика стала проблемой № 1 государственного масштаба, и именно воспитанник ЛФТИ Игорь Васильевич Курчатов встал во главе важнейшего дела и привлёк к нему в первую очередь своих коллег по институту. Но даже в тех случаях, когда такой драматический поворот не происходит, учёные, занимавшиеся фундаментальной наукой и проявившие себя на этом поприще, оказываются ценнейшими кадрами для решения прикладных задач. В решение этих задач они привносят методы и стиль работы фундаментальной науки: смелость, коллективизм, высочайшую квалификацию. 


Обмен кадрами, опытом, оборудованием между разными отраслями науки является важнейшим условием процветания всех направлений. 


Заканчивая, хочу вспомнить слова Тютчева: 


Блажен, кто посетил сей мир 

В его минуты роковые: 

Его призвали Всеблагие, 

Как собеседника на пир. 


Всеблагие — это боги, простим Тютчеву его манеру выражаться. Пусть наше время не будет роковым в смысле ужасов и катастроф. Роковые минуты в этом контексте — это годы и десятилетия, когда решаются судьбы понимания Природы, неисчерпаемой, но познаваемой.


http://ega-math.narod.ru/Reid/Zeld.htm#ch3_1


Яков Борисович Зельдович (воспоминания, письма, документы) / Под ред. С.С.Герштейна и Р.А.Сюняева. — изд. 2-е, доп. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008

http://ega-math.narod.ru/Reid/Zeld.htm

Комментарии