СИММЕТРИИ В НЕСИММЕТРИЧНОЙ ВСЕЛЕННОЙ АНДРЕЯ САХАРОВА
БИОГРАФЫ СЕДЬМОГО КЛАССА
 |
Почему я занялся биографией Андрея Дмитриевича Сахарова? Почему Российская Академия наук не поддержала это мое намерение? И почему поддержал заокеанский Институт истории науки и техники?
Не очень я понимаю все "почему", из-за которых в 1993 году оказался в небольшом американском городе Бруклайне, что входит в Большой Бостон. Зато совершенно ясно, почему, спустя три года, я попал в кабинет директора Бруклайнской школы. Дело в том, что помимо влечения к истории науки судьба наградила меня еще и сыном, который настолько освоился в школе, что на перемене подрался с одноклассником.
Разбирательство директор школы проводил на моих глазах. И очень мне понравилось, как он это делал, - с конституционной твердостью и с уважением к достоинству 13-летней личности. Поэтому когда, после разбирательства, директор спросил меня, не могу ли я рассказать семиклассникам о своих биографических исследованиях, я почти сразу согласился.
Эта идея, думаю, не случайно посетила директора школы, откуда-то узнавшего, что родитель его семиклассника пишет книгу о знаменитом гуманитарном физике. Биографией в этой школе занимались всерьез. Каждому семикласснику предоставили выбрать - по своему вкусу - личность, чем-нибудь замечательную, - хоть Архимеда, хоть Мэрилин Монро. Надо было собрать в библиотеке сведения, написать биографию, подобрать иллюстрации, и, наконец, на итоговом смотре в школьном зале перевоплотиться в избранную замечательную личность. Вместе с другими родителями я побывал на этом перевоплощении. Побеседовал там с Эйнштейном, Пикассо, с каким-то знаменитым (хоть и неизвестным мне) футболистом. А другие родители беседовали с моим сыном, перевоплотившимся в Леонардо да Винчи, и он им объяснял свою Джоконду и свои научные изобретения.
Получив нежданное домашнее задание, я начал думать, как рассказать американскому семикласснику о физике, который изобретал водородную бомбу, разгадывал загадки Вселенной, защищал свободу мысли и отстаивал права человека. И все это в стране, которую аршином общим не измерить.
Через несколько недель, в том же самом школьном зале, те же самые семиклассники уютно расселись прямо на полу и устремили свои пытливые глаза на пришельца. Накануне каждый из них получил по листочку, в котором его спросили, знает ли он:
* что во время второй мировой войны советские и американские солдаты воевали с общим врагом - фашизмом;
* но что спустя полтора десятилетия советские термоядерные ракеты были нацелены на американские города, а американские ракеты - на Россию;
* что советское термоядерное оружие придумал молодой физик Андрей Сахаров, и за это был щедро награжден советским правительством;
* что осознав зловредное воздействие атмосферных ядерных испытаний на здоровье человечества, он способствовал запрету таких испытаний;
* а поняв, что несвобода вредоносна для судеб человечества, начал отстаивать права человека как основу надежного мира между народами;
* что его усилия Нобелевский комитет наградил премией мира, а советское правительство - высылкой в полузакрытый город Горький;
* что физика Сахарова больше всего интересовало, как устроена Вселенная;
* и - семиклассникам на десерт - что Андрей Сахаров начал учиться в школе именно с седьмого класса, а до того учился дома.
ИЗ РУКОПИСНОГО НАСЛЕДИЯ АНДРЕЯ САХАРОВА
Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, и чтобы помочь 13-летним американцам понять русского физика-гуманиста, я захватил с собой две его маленькие рукописи. Я надеялся, что они помогут связать невероятные повороты Сахаровской биографии, как связаны симметрия и асимметрия.
Первой я показал рукопись, написанную частично на интернациональном языке арифметики
 |
Как только картинка появилась на экране, темнокожая отличница из первого ряда деликатно подсказала мне, что прозрачку я положил не той стороной.
Тогда я предъявил второй автограф, уже без арифметики:
 |
и объяснил, что Сахаров умел писать не только одной рукой в зеркальном изображении, но и обеими руками одновременно в разные стороны. А Лидия Корнеевна Чуковская, которой он демонстрировал свое умение и которая сберегла эти автографы, видно, так не умела. Если бы она была право-леворукой как Сахаров и если бы они оба писали по-английски, я бы мог показать моим слушателям более понятную бабочку:
 |
Труднее было объяснить по-английски, как защита униженных и оскорбленных связала этих людей с разными жизненными призваниями: у одного - физика, у другой - лирика. А что они не замыкались в своих мирах, ясно из приведенных картинок.
Эти же картинки помогли мне рассказать семиклассникам о симметриях и несимметриях того мира, в котором Андрею Сахарову довелось жить.
Вот этот рассказ вкратце.
ПРАВОЕ И ЛЕВОЕ
В первые американские месяцы меня поразило обилие людей, пишущих левой рукой. За сорок пять лет предыдущей - российской - жизни ничего подобного я не видел. Разумеется, я знал, что такие люди есть, и конечно же читал лесковского "Левшу", но почему-то в повседневной жизни их не встречал, и даже как-то связывал печальную судьбу Левши с его врожденной особенностью.
Врожденной или нет, пусть скажут биологи, но куда это леворукое меньшинство девается в России?! Неужели и это меньшинство подавленно большинством? Не обязательно в исправительно-трудовом лагере, - достаточно средней исправительной школы.
Сахарову повезло, что он относился к еще более редкому меньшинству обоюдоруких и потому был не столь уязвим для подавляющего большинства праворуких. Но что, если бы его родители не обеспечили ему домашнее образование до 7-го класса, а сразу отдали бы его на перевоспитание в советскую школу? А там - по Маяковскому - скомандовали бы: "Кто там пишет левой?! Правой! Правой! Правой!"
По мнению самого Андрея Сахарова, долгое домашнее обучение усилило его "неконтактность, от которой [он] страдал потом и в школе, и в университете, да и вообще почти всю жизнь". Кто знает, ранние тесные контакты с советской жизнью могли и подорвать чувство собственного достоинства этого мягкого человека с твердыми моральными устоями, могли подорвать его способность быть в меньшинстве.
А ведь в науке новое слово всегда говорит самое маленькое меньшинство - один человек.
СИММЕТРИИ В ФИЗИКЕ И ПОЛИТИКЕ
Словом "симметрия" обычно описывают форму здания, узор, геометрическую фигуру, - это всегда какая-то закономерность формы. Однако в 20-м веке удалось в физических законах разглядеть проявления симметрий мироздания. Выяснилось, например, что крутящийся волчок сохраняет направление своей оси просто потому, что все поперечные направления в пространстве равноправны, - все направления симметричны относительно этой оси.
И вообще всякий фундаментальный физический закон раскрывает некую симметрию Вселенной. Если же эксперимент обнаруживает какую-то асимметрию, то физик-теоретик получает трудную, но захватывающе интересную задачу - найти место этой асимметрии в гармонии мироздания.
Подобной задачей Сахаров заинтересовался в 60-е годы. Симметрия бабочки, или зеркальная симметрия, воплощенная в приведенном автографе Сахарова, причастна к самой значительной его идее в космологии - в физике Вселенной.
Однако прежде чем заняться этой абсолютно мирной идеей, предыдущие два десятилетия своей жизни - наиболее плодотворные годы для физика-теоретика - Сахаров отдал созданию самого разрушительного оружия в истории человечества. Почему?
Асимметрии, формировавшие его жизнь, относилась не к физике, а к политике.
Андрей Сахаров поступил в университет в 1938 году, - накануне мировой войны. Мир тогда представлялся ему крайне асимметричным. Впереди планеты всей шла страна, в которой ему посчастливилось родиться. Шла навстречу светлому будущему, обществу всепланетной социальной справедливости и беспредельных возможностей. Позади оставались страны капитализма, и среди них наиболее зловещая - гитлеровская Германия, в которой надругались над словом "социализм" приставкой "национал-" и отвергали научные теории из-за их анти-национального происхождения.
Асимметрию эту отменила мировая война. Началась она с договора-сговора между фашисткой Германией и советской Россией, проявившего глубинную симметрию двух режимов. Однако спустя два года заостренная ось Берлин-Токио вонзилась почти одновременно в коммунистическую диктатуру и в крупнейшую демократию, что породило странную симметрию под немыслимым прежде названием "Объединенные нации".
Сломав воинственную Ось, Объединенные нации создали международную организацию в качестве инструмента поддержания мира. Но осевая симметрия, лишенная своей оси, стремительно преобразилась в антисимметрию, и первые ядерные взрывы обозначили это превращение.
В Хиросиме и Нагасаки наука зримо воплотилась в политику. И физики, причастные к этому воплощению, быстрее политиков поняли, что новая антисимметрия чревата самоуничтожением человечества. Крупнейшие физики-теоретики 20 века - Эйнштейн и Бор - обращались к новорожденному мировому парламенту - ООН, призывая создать Мировое правительство, чтобы ядерный век не стал последним веком мировой цивилизации. Увы, тогда это была слишком теоретическая идея.
ТЕОРЕТИК-ИЗОБРЕТАТЕЛЬ
Слишком теоретической для 20-летнего Андрея Сахарова была и обрисованная глобальная картина мировых симметрий. В зловеще-практических обстоятельствах, когда фашисты подошли к Москве, студент-четверокурсник эвакуировался вместе с университетом в далекий Ашхабад. И после ускоренного окончания университета отправился на военный завод в Ульяновске.
Завод делал патроны - для фронта, для победы. А молодой специалист по "оборонному металловедению", стараясь помочь победе, изобрел магнитный прибор для проверки качества пуль. И первая его самостоятельная задача в теоретической физике родилась из размышлений над этим изобретением.
Чтобы из патронного производства возникла физическая задачка сомнительной важности, требуется человек с призванием физика-теоретика. Иначе изобретение вполне конкретного прибора не поведет к абстрактному вопросу, а что если магнитные силы заменить электрическими? Это был не производственный вопрос, это был вопрос к природе, в которой имеется странная симметрия электричества и магнетизма.
За сорок лет до того служащий патентного бюро в Берне, размышляя над кажущейся несимметрией движущихся зарядов, создал самую знаменитую физическую теорию - теорию относительности. Начиная размышлять о какой-нибудь несимметрии природы, теоретик не знает, придет ли он к новой теории, просто к новой формуле, или не придет ни к чему разумному вовсе. Но психологический мотив один и тот же.
Итак, в самом теплом и светлом помещении Ульяновского патронного завода - в парткабинете, рядом с полками политических книг, молодой инженер занимался теоретической физикой и придумал-таки, как решить свою электромагнитную задачу.
За этой задачей последовали другие - ненужные для патронного производства, но интересные для начинающего теоретика. Теоретик задавал Природе вопросы, ответы на которые получал с помощью рассуждений и математики, умело распоряжаясь симметриями и асимметриями. Только одну из этих задач можно понять без пояснений: С какой скоростью увеличивается толщина льда, окруженного ледяной водой? (Не холод ли военных лет подсказал эту задачу?)
Решения двух других задач начинающий теоретик отправил отцу в Москву, а тот показал их Игорю Евгеньевичу Тамму, главному теоретику в Физическом институте Академии наук. В результате, в начале 1945-го Андрей Сахаров стал аспирантом ФИАНа и целиком отдался теоретической физике.
На чистую науку история дала ему всего несколько лет. Атомной взрыв в Хиросиме в августе 1945-го был адресован и Советскому Союзу. Ядерная асимметрия требовала ответа. Так считали не только сталинские политики, но и российские физики. Восстановление симметрии, создание советского ядерного оружия для физиков было не столько великодержавной претензией, сколько предотвращением новой войны.
Летом 1948 года к разработке супер-бомбы подключили И.Е.Тамма и его сотрудников. Сахаров, только что защитивший диссертацию по чистой науке, вернулся к физико-техническому изобретательству. Почти на два десятилетия. Он считал это дело необходимым, оно ему нравилось, и оно у него получалось.
Изобретательство совместимо с теоретической физикой. Изобретательством занимался и Альберт Эйнштейн. А другой знаменитый теоретик Энрико Ферми об изобретении супер-бомбы сказал: "Превосходная физика!" Ведь термоядерный взрыв с его астрономическими температурами и давлениями дает теоретику возможность "попасть" внутрь звезды.
Все это так. Но спустя сорок лет Сахаров с грустью писал в письме:
"Пытаюсь изучать сделанное умными людьми в области квантовой теории поля ... вещь крайне трудная, и я часто отчаиваюсь когда-нибудь выйти на должный уровень - упущено с 1948 года слишком многое, сплошные пробелы, и все последующие годы я только за счет удачи и "нахальства" мог что-то делать, часто попадая впросак или работая впустую".
"Нахальство" по другому называется смелостью, а удача - награда за смелость и в науке. Но нет оснований не верить Сахарову: термоядерное изобретательство отняло слишком много его сил.
ИЗОБРЕТАТЕЛЬНЫЙ ТЕОРЕТИК ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПОЛИТИК?
Как ни увлекательно видеть в водородной бомбе искусственную звезду, к концу 50-х годов цель была достигнута. Научно проблема исчерпалась. Настала очередь изощренной техники. Там тоже есть творческий простор, но не для физика-теоретика.
А как быть теоретику, который знает, что изобрел самое могущественное оружие в истории и - по воле истории - стал наиболее влиятельным ученым в военно-научном комплексе страны? Ответственность за происходящее вокруг - родовое чувство российской интеллигенции - привело физика-теоретика в практическую политику.
Свою политическую биографию Сахаров начал в области своей профессии: его заботили ядерные испытания в атмосфере - вредоносные для человечества и необязательные для поддержания ядерного баланса. Начинающему политику сопутствовал успех - в 1963 году международный договор запретил надземные испытания. Это утвердило Сахарова в важности своей новой роли. Вместе с тем общение с высшими руководителями государства давало ему эмпирические знания о советском правительстве, недоступные другим. Сама проблема стратегического равновесия связана с общим потенциалом государства и общества.
В середине 60-х годов развитие ядерно-ракетного оружия подвело к необычайно опасному повороту в гонке вооружения, хотя речь и шла об обороне. Противоракетная оборона оказалась опаснее для мира, чем средства нападения. Этот неочевидный, но вполне вероятный вывод Сахаров, как один из высших военно-технических экспертов, попытался объяснить правительству в 1967 году. Он направил - секретной почтой - соответствующее разъяснение. Однако советские руководители даже не то, что отвергли, а просто проигнорировали это предложение.
Полученные "экспериментальные" факты о советском режиме и о состоянии ядерно-ракетного противостояния требовали теоретического осмысления, результатом чего и стали Сахаровские "Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе". В мае 1968 года он выпустил свою статью в самиздат, в июле перевод статьи опубликовали на Западе.
Сахаров не читал абстрактную мораль несимметричному человечеству, а предложил конкретный путь к симметризации, - он был не морализатор, а теоретик-изобретатель.
Корневая проблема выросла из его профессиональной области: как человечеству выжить в условиях ядерного равновесия, когда это равновесие - "по вине" научно-технического прогресса - становится неустойчивым. Технические эксперты обычно предлагают технические решения - как увеличить надежность своих страшных "изделий". Этим занимался и Сахаров вместе со своими коллегами, пока не осознал тупиковость узко-технических решений, - слишком глубоко главная проблема связана с жизнью человечества.
И он вышел за предписанные рамки. Решение проблемы он увидел в том, что судьба человечества зависит от соблюдения прав отдельной личности. Всеобщие права человека означают открытый мир, в котором только и возможно подлинное мирное сосуществование. В мире, разделенном глухими перегородками, само собой возникает взаимное недоверие и страх. В открытом мире доверие между странами строится на многообразных человеческих контактах.
Кратко Сахаровскую гуманитарную идею 1968 года можно описать так: справиться с губительной асимметрией большого целого можно, обеспечивая симметрию для его наименьших составляющих.
Путь к этой идее, быть может, дался Сахарову легче оттого, что он уже думал о зависимости такого рода, хотя и в совсем другой сфере. Примерно за год до его размышлений о политических асимметриях родилась одна из самых ярких его идей в теоретической физике.
СИММЕТРИЯ И АНТИСИММЕТРИЯ
Если в политике он размышлял о том, как обеспечить человечеству более симметричную жизнь, то в физике - наоборот - он пытался понять, почему столь несимметрична Вселенная, управляемая симметричными законами. В обоих случаях он связывал явления самых малых и самых больших масштабов. В социальной жизни - глобальный мир и свободу отдельной личности, а в физике - свойства Вселенной и поведение микрочастиц.
Основатели Соединенных Штатов считали самоочевидной истиной, что все люди созданы равноправными и вместе с тем каждый незаменим.
В 20 веке физики пришли к совсем другой истине, что элементарные частицы бывают абсолютно тождественными и, поэтому, взаимозаменимыми, но бывают и абсолютно противоположными. Настолько противоположными, что при встрече взаимно уничтожаются, только вспышкой сообщая о своей совместной гибели. Такие противоположные частицы назвали античастицами.
Первую античастицу теоретически предсказали и экспериментально открыли еще в начале 30-х годов. Это была анти-копия электрона - антиэлектрон, за которым закрепилось название "позитрон". Потом экспериментаторы нашли анти-копии и других элементарных частиц.
Асимметрия Вселенной, над которой Сахаров задумался в середине 60-х годов, состояла в том, что античастиц во Вселенной очень уж мало, - по сравнению с частицами. И слава Богу за такую асимметрию, - иначе каждый второй метеорит состоял бы из антивещества. А такой анти-метеорит, даже если бы в нем был всего один грамм, соприкоснувшись с веществом Земли, произвел бы взрыв мощности атомной бомбы. Но эту волю Божью физики не понимали, - самоочевидным казалось, что всякая частица и ее античастица созданы равными в своих правах. А значит, казалось бы, вещество и анти - вещество должны были бы представлены во Вселенной равноправно.
Астрофизики стали искать признаки антивещества в космосе. Писатели-фантасты устраивали драматические встречи земного космического корабля с неземным и - вполне возможно! - состоящим из антивещества. А шутники предложили свой способ узнать, не из антимира ли прилетел корабль, - если среди ученых на борту корабля преобладают антисемиты.
Сахаров, однако, со всей серьезностью отнесся к наблюдаемой асимметрии, и приписал ее Вселенной в целом, а не просто космическому окружению Земли. Тогда надлежало понять, как симметрия микро-частиц может совмещаться с асимметрией Вселенной.
 |
К тому времени, впрочем, симметрия микромира стала уже не столь простой как правое и левое крылья бабочки, зеркально симметричные.
В 1956 году произошло знаменательное событие - экспериментаторы обнаружили, что в мире элементарных частиц нет паритета (Parity) правого и левого, или P-симметрии. Это знамение теоретики поняли, как указание на то, что бабочка микромира выглядит, скорее, так:
 |
т.е. бабочка не изменится, если одновременно с перестановкой правого и левого поменять местами черный и белый цвета - частицы поменять местами с античастицами и, соответственно, каждый заряд (Charge) заменить на противоположный ему. Это CP-симметрия. Но и она оказалась не последним словом науки. В 1964 году экспериментаторы обнаружили первое не CP-симметричное явление.
Что на это могли сказать теоретики? Например, что и в обыденной жизни нередко путают правое и левое и превращают белое в черное. Физики-теоретики умеют гораздо более хитрую штуку - изменять направление времени на противоположное. При обратной перемотке пленки на видеомагнитофоне, можно зубную пасту, выдавленную из тюбика, обратить вспять, - на экране. В реальной жизни никто такого не видел, и физики называют такой процесс асимметричным во времени, или Т-асимметричным.
Что касается элементарных частиц, физики долгое время считали, что в микромире все явления T-симметричны как в бильярде: сняв на видео соударение шаров, и пустив пленку в обратном направлении, ничего странного на экране не заметишь.
После крушения P-симметрии, физики стали всматриваться в другие симметрии. Им не нужна была кнопка обратной перемотки, чтобы задать вопрос о Т-симметрии в микромире, им хватало ручки и бумаги. В результате они установили самый общий закон симметрии микромира - CPT-закон. Чтобы превратить одно крыло CPT-бабочки
в другое, надо поменять местами: правое и левое, частицу и ее античастицу (черное и белое), прошлое и будущее (перевернуть время T)
 |
И Сахаров придумал, как такой тройной симметрией микро-мира объяснить асимметрию Вселенной.
Астрономы давно уже обнаружили, что Вселенная несимметрична во времени. Она расширяется, - составляющие ее галактики удаляются друг от друга. Сегодня Вселенная чуть-чуть не такая как вчера.
А поза-поза-поза...вчера? Включим обратную перемотку космологического "видика". Расширение Вселенной теперь выглядит сжатием, галактики приближаются друг к другу, сливаются. При этом сближаются и сами элементарные частицы. Вселенная непосредственно чувствует законы микромира.
Именно в ту эпоху, называемую Большим Взрывом, асимметрия Вселенной - по идее Сахарова - складывалась в процессах, бурлящих тогда в каждой микро-точке космического пространства. T-асимметрия позволила породить наблюдаемую сейчас С-асимметрию - разное содержание частиц и античастиц.
Помимо того крылышка вселенской бабочки, которое видно астрономам, физик-теоретик Сахаров увидел мысленно и другое крылышко, раскрывшееся до Большого Взрыва. Сама эта бабочка CPT-симметрична, но увидеть ее целиком не дает краткость человеческой жизни по сравнению с возрастом Вселенной.
 |
Что удивительно - как много может человек успеть за свою короткую жизнь: научиться писать правой и левой рукой одновременно, разглядеть симметрию асимметричного мира природы, и сделать симметричнее мир человека.
Примерно так я завершил рассказ об Андрее Сахарове для американских семиклассников. На этих страницах, пожалуй, я сказал больше, чем уместилось в моем выступлении пять лет назад в Бруклайнской школе. Но ведь и тогдашние семиклассники стали намного старше, пока я писал книгу "Андрей Сахаров: наука и свобода".
Тогда я не был уверен, что они уловили что-то в моем рассказе. Поэтому очень обрадовался, получив из школы пачку благодарственных писем. Одно из них доставило мне особенное удовольствие. Автор по-американски сдержанно, но энергично поблагодарил меня за рассказ и выразил надежду, что моя книга станет бестселлером. И подписался. Искренне.
 |
Не сразу я заметил, что Вилли подписался иначе, чем Сахаров, хотя и зеркально симметрично. Право-лево-рукий Сахаров писал двумя руками от центра к краям
<= =>,
а праворукий Вилли, имитируя двурукость, написал
=> <=.
Хорошо все-таки, что и симметрии и люди бывают такие разные.
Добавить комментарий