Читаем У пределов роста онлайн бесплатно
С.Г.Смирнов
История: Годовые кольца Всемирной истории Сергея Смирнова
У пределов роста
В 1969 году первые люди побывали на Луне. Чтобы обеспечить этот подвиг, самая мощная промышленная держава Земли - США - истратила 24 миллиарда долларов. Такую же сумму эта держава ежегодно расходует на войну во Вьетнаме, где капиталистический Запад соревнуется с коммунистическим Востоком, растрачивая общее достояние человечества: людей и животный мир, растительность и минералы, всю природную среду Земли.
Так своеобразно отмечает пятимиллиардное человечество двухвековый юбилей своей промышленной революции. Ее старт был отмечен появлением паровой машины Уатта, "Декларацией прав человека", а также "Рассуждением о причинах бедности и богатства народов" Адама Смита. Теперь, на финише, мы видим водородную бомбу - действующую модель Солнца, способную мгновенно уничтожить крупнейший город Земли. Мы видим космическую ракету, в равной мере способную забросить двух человек на Луну, либо одну водородную бомбу - из Москвы в Нью-Йорк или обратно. Мы видим компьютер - действующую модель человеческого мозга, с одинаковой легкостью управляющую полетом ракеты к Луне или моделирующую ядерный конфликт между США и СССР. Наконец, мы видим пророков-ученых из "Римского клуба" - Медоуза, Форестера и их коллег честно и отчаянно предупреждающих человечество: еще один век такого прогресса, и мы искалечим всю земную биосферу! Двадцать первый век от Рождества Христова может стать последним веком человеческой истории, даже без мировой войны между сверхдержавами! Но призывы здравомыслящих ученых не популярны среди правителей 70-х годов...
Как человечество дошло до такого разрыва между своим бытием и своим сознанием ? Ведь всего один век назад - во времена Менделеева и Максвелла, Пастера и Эдисона - просвещенные европейцы были уверены: научно-технический прогресс быстро решит все проблемы землян. Он их действительно решил; но сколько же новых, еще более острых проблем возникло взамен прежних! Например, Эдисон изобрел удачную электрическую лампочку - и проблема освещения в домах и на улицах земных городов была, наконец, решена. В итоге вырос спрос на электроэнергию - а значит, приходится строить много новых электростанций. Но эти станции уродуют земные реки, либо пожирают запасы угля и загрязняют дымом атмосферу. Можно отказаться от тех и других станций, перейти к урановой энергетике - но тогда колоссально возрастет опасность аварии или диверсии на электростанциях...
Тут напрашивается простое решение: затормозить самоубийственную гонку производства с потреблением. Но увы - это не решает социальную проблему, а только обостряет ее! Резкий спад производства в самых развитых странах мира в 1929 году привел не только к разгулу "частной" преступности, но к демократическому захвату власти преступными организациями. Партия Гитлера овладела Германией, быстро развратила немецкий народ и разожгла войну, которая унесла более 60 миллионов жизней - наравне с крупнейшими эпидемиями Средневековья. Как видно, индустриальная цивилизация подарила человечеству новые эффективные способы ограничения своей численности и благосостояния. Но очень уж варварские эти способы - вроде рабства, которое тоже решило когда-то проблему роста населения в аграрных полисах Двуречья и Средиземноморья, а потом погубило ведущие этносы Античного мира... Однако в 20 веке темп такого "лечения" колоссально вырос: его критический срок стал короче человеческой жизни!
К счастью, этот срок пока раз в 10 длиннее, чем срок рождения новых научных открытий и изобретений. Поэтому сохраняется надежда, что научный прогресс излечит тяжкие болезни человечества, порожденные массовой бесконтрольной игрой в технический прогресс. Но само собою это не получится! Сперва наука должна по-научному понять (то есть, моделировать) себя и техносферу, чтобы люди могли решать: что доступно прогнозированию, что управлению, а чего надо избегать, опираясь на вненаучные факторы - вроде наивной веры в непонятное.
Какой же понятийный и методический арсенал накопила земная наука к концу 1960-х годов ? Достаточен ли он для наметившейся научной игры в эволюцию и выживание человечества на Земле ? Какой вклад внесут в эту игру самые авторитетные науки, и пригодны ли их вклады ко взаимной стыковке ? Эту проблему стоит рассмотреть во всех подробностях: ведь исход великого дела часто зависит от мелочей...
Начнем с математики, которую не зря прозвали царицей наук: она лучше других умеет различать, что ей по силам, а что - нет. Еще в начале 20 века выяснилось, что абстрактный язык теории множеств (очень удобный для развиния математики) неполон и противоречив. К любой системе аксиом можно добавить еще одну (и даже не одну) аксиому - необходимую, потому что ее нельзя ни доказать, ни опровергнуть, исходя из ее предшественниц. Некогда Гаусс обнаружил этот факт в геометрии Евклида; потом Рассел встретил его в общей теории множеств, а в 1931 году Гедель доказал, что неполнота - обязательная черта достаточно богатой теории. То же самое - с непротиворечивостью любой абстрактной теории: ее нельзя ни доказать, ни опровергнуть, оставаясь в рамках этой теории (то есть, не вводя новых понятий или аксиом).
Такой вывод - все еще новинка для математиков; поэтому в 1966 году неопровержимость знаменитой континуум-гипотезы была увенчана на математическом конгрессе в Москве высшей наградой - медалью Филдса. Но вряд ли хоть один физик удивился этому открытию: ведь физики издавна работают с неполными или противоречивыми моделями Природы. Когда возникает нужда в новом понятии или аксиоме - их берут из опыта. Если бы не эксперименты
- кто из физиков смог бы догадаться о существовании электрона или о законе сохранения энергии ? Если сомневаешься в силе своего разума положись на Природу, она не подведет!
Спору нет: это удобная и полезная вера. Но эксперимент надо уметь поставить; это требует не только смекалки и труда, но зачастую больших денег. И чем важнее для науки заданный природе вопрос, тем дороже он обходится. В 1960-е годы только США, СССР и Европейское сообщество государств решаются вкладывать сотни миллионов долларов в постройку новых ускорителей элементарных частиц. И тут (как в полете на Луну) деньги оправдываются не научным интересом, а военной нуждой: вдруг в недрах протона обнаружится кладезь энергии, превосходящий возможности прочих атомных ядер ? Нельзя допустить, чтобы твой политический противник создал сверхбомбу, которой у тебя нет! Опыт ядерной гонки во второй мировой войне и ядерного шантажа после нее въелся в мозги всех политиков; теперь наряду с гонкой вооружений идет гонка ускорителей. Впрочем, вторая гонка пока обходится ее участникам раз в 50 дешевле...
Но 50 - не такое уж большое число, а аппетиты экспериментаторов быстро растут. Только что опыт на ускорителе в Брукхейвене показал, что протон не точечная частица, а имеет "зернистую" структуру. Что это за зернышки ? У теоретиков уже готова догадка: возможно, это кварки - загадочные частицы с дробным электрическим зарядом, недавно предсказанные Гелл-Манном из математических соображений ? Увы, эта гипотеза - не единственная; для установления истины нужны опыты на ускорителе с энергией раз в 10 больше, чем у нынешних. Кто бы дал на это деньги американским физикам, если бы не гонка вооружений между США и СССР ?
А так - деньги найдутся, ускорители будут построены, и существование кварков станет фактом. У физиков сразу возникнут новые вопросы. Сколько разных кварков в природе ? Почему они не наблюдаются в чистом виде, а лишь в составе сложных частиц? Какова связь между кварками и прочими элементарными частицами: электроном, мюоном, нейтрино, и так далее ? Наконец, являются ли сами кварки физическими точками, или у них тоже есть "потроха" ?
Ответ на каждый такой вопрос становится новой аксиомой физики; добыча этих аксиом требует новых экспериментов, все более дорогих. А гонка вооружений имеет свои пределы: ведь она разоряет всех участников. Кто-то первый не выдержит и сойдет с дистанции; что тогда делать его сопернику ?
Это выяснится в 1990-е годы, когда СССР развалится, а его преемники окажутся банкротами. Постройка новых ускорителей в США сразу прекратится, и физикам придется искать более хитрые (зато более дешевые) пути постижения неисчерпаемой Природы.
К счастью, не все эксперименты дороги и вытекают из запросов какой-то теории. Есть "затравочные" эксперименты, которые просты и дешевы, но дают неожиданные результаты и потому становятся источником новых теорий. К концу 1960-х годов немало таких экспериментов накопилось в пренебрегаемой именитыми учеными физике неравновесных систем. Понятно недоверие теоретиков к этим объектам: ведь их поведение почти невозможно прогнозировать, и обычно непонятно, как ими управлять.
Например, ячейки Бенара: это шестиугольная сетка, которая сама собою образуется при конвекции в масле, налитом на глубокую, подогреваемую снизу сковороду. Другой пример - циклическая реакция Белоусова, в которой почему-то долго не устанавливается равновесие; вместо этого концентрации веществ-реагентов медленно колеблются с большой амплитудой, подобно маятнику. Третий пример - странный аттрактор Лоренца: он впервые встретился среди решений метеорологических уравнений (что может быть неустойчивее погоды ?), но яснее всего он проявляется в излучении радиогенератора, мощность которого растет.
В первых двух примерах из хаоса рождается некий порядок, в третьем случае - наоборот. Но во всех явлениях ПУТЬ от хаоса к порядку или обратно оказывается своеобразным: он допускает математическое описание на языке возможных симметрий! Новая теория кажется дополнением к привычной физике частиц: там нужна классификация всевозможных симметрий в точке, а здесь классификации подвергаются разные пути между данными симметриями. Похоже, что ВСЯ геометрия загадочного пространства симметрий (или представлений групп) приобретает интерес для физиков!
Это очень заманчиво: ведь если разобраться в симметриях всевозможных ПЕРЕХОДОВ между частицами, то станет понятно, каким был наш мир ДО появления протонов! А может быть - и кварков ? Или в ту пору, когда кварки были неотличимы от электронов, нейтрино и прочей их родни ?
Теоретики Вайнберг, Салам и Глэшоу только что создали красивую теорию "малого объединения" электромагнитных и слабых взаимодействий среди элементарных частиц. Их модель ждет проверки на ускорителях нового поколения - и получит подтверждение в 1983 году, с обнаружением W и Z-бозонов. Из этих же опытов физики впервые узнают, сколько в природе разных кварков: шесть штук, не больше!
Очень хочется расширить "малое" объединение до "большого", включив в него сильные взаимодействия частиц - те, что ответственны за свет Солнца и взрыв водородной бомбы. Наметки такой теории уже готовы. Но увы в ней фигурируют частицы столь большой массы, что нет надежд когда-либо получить их в ускорителе или найти среди космических лучей! А на горизонте маячит "великое" объединение всех природных сил, включая гравитацию. То, о чем грезили Ньютон и Эйнштейн, может стать реальностью лет через 20 - если будет где проверить предсказания новых сумасшедших теорий и исправить их, согласно результатам проверки...
Напротив - угадать столь сложную теорию с первой попытки невозможно так же, как невозможно попасть в Луну ракетой без коррекции ее скорости во время полета. Таким образом, не рождение, а ВОСПИТАНИЕ новых теорий из начальных хулиганских гипотез становится центральной проблемой теоретической физики 20 века. Оттого все большее внимание физиков привлекают процессы самоорганизации в не очень сложных, но неустойчивых системах вроде замерзающей воды, или масла на горячей сковороде, или колец Сатурна.
Двести лет назад последний великий натурфилософ Европы - Кант предположил, что эти кольца - зародыши будущих спутников планеты, а сами они родились при захвате кометы Сатурном. Тогда никто из физиков не оспорил гипотезу Канта: не было сил проверить ее математическим расчетом или наблюдением в телескоп. Но теперь ситуация переменилась: расчеты на компьютерах доказали возможность захвата кометы планетой, у которой уже есть хоть один спутник. Компьютерный анализ соответствующего уравнения показал: среди решений обязательно встретятся странные аттракторы Лоренца! Хорошо бы взглянуть на кольца Сатурна в упор - с расстояния в сотни (а не сотни миллионов) километров...
Это тоже возможно в эпоху первых космических путешествий. В 70-е годы американские зонды пришлют на Землю фотографии колец Сатурна - и у физиков дух захватит от фантастически сложного сплетения газово-снежных вихрей. Это будет первый портрет странного аттрактора, изготовленный самой природой и доступный человеческому взору без посредства компьютеров и осциллографов. Если бы такое чудо увидели Гюйгенс и Ньютон в 17 веке - насколько ускорился бы прогресс физической науки!
Даже в 1969 году очень немногие физики догадываются, что странные аттракторы - это первые математические портреты АТОМОВ ЭВОЛЮЦИИ. Между тем, атомы вещества сделались привычны для ученых еще в начале 19 века, а атомы наследственности (гены) - веком позже. В 1969 году физики знают об атомах вещества практически все - включая форму и строение их ядер, всю их энергетику. Немало известно и об атомах наследственности: в 1953 году Уотсон, Крик и Уилкинс выяснили строение ДНК, через 8 лет был открыт химический алфавит генетики, а в 1968 году индиец Корана изготовил по расшифрованному коду первый ген и внедрил его в ДНК бактерии. Так начинается экспериментальная физика наследственности - наравне с физикой атомов и молекул, которую создали на полтораста лет раньше Лавуазье и Дальтон, Кевендиш и Авогадро. Понят еще один алфавит природы; начинается анализ и синтез соответствующей литературы...
Впрочем, этот процесс идет давным-давно: с тех пор, как Аристотель попытался классифицировать разнообразие животного мира, а его ученик Теофраст описал разнообразие растений. Сто лет назад Пастер начал классифицировать микробов по их химической активности, а Мендель обнаружил первую закономерность в наследовании признаков растений. Прорыв Уотсона и Крика открыл биологам новый путь: детальное изучение генома всех организмов. Это равносильно переходу от изучения памятников архитектуры Египта к чтению иероглифов: в биологии появился свой Шампольон! К тому же, код наследственности оказался значительно проще, чем иероглифы или клинопись...
