Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества Пол Стейнхардт
Любопытным и бесстрашным,
опрокидывающим стереотипы,
с риском насмешек и неудач
преследующим свои мечты об открытиях
Предисловие
У меня перехватило дыхание, когда белый исполин, накренившись, стал прокладывать путь вниз по крутому склону. Мой первый день в этой безумной машине, выглядевшей снизу как русский танк, а сверху – как обшарпанное грузовое такси.
К моему восхищению, наш водитель Виктор сумел спуститься по склону, не перевернувшись. Он дал по тормозам, и наша колымага встала как вкопанная у речного берега. Проворчав что-то по-русски, он выключил зажигание.
– Виктор говорит, что это хорошее место для стоянки, – сообщил переводчик.
Однако, сколько я ни всматривался сквозь стекло, ничего хорошего я в нем не видел.
Я выбрался из кабины на громадную танковую гусеницу, чтобы получить обзор получше. Был холодный летний вечер. Время шло к полуночи, однако свет все же не покинул небо окончательно, напоминая о том, как далеко я от дома. Вблизи полярного круга летними ночами никогда по-настоящему не темнеет. Воздух был наполнен мерзким земляным запахом разлагающейся растительности, столь характерным для чукотской тундры.
Я спрыгнул с танковой гусеницы на мягкую, полужидкую почву, чтобы размять ноги, и внезапно был атакован со всех сторон. Миллионы и миллионы жадных до крови комаров поднялись с земли, привлеченные выдыхаемым мною углекислым газом. Я отчаянно замахал руками, крутясь то в одну, то в другую сторону, в попытке избавиться от них. Ничего не помогало. Меня предупреждали о тундре и ее опасностях. Медведи, тучи насекомых, непредсказуемые бури, бесконечные километры грязных кочек и рытвин. Но теперь это уже были не рассказы. Теперь все это стало моей реальностью.
Правы были те, кто сулил мне провал, осознал я. Я вообще не должен был руководить этой экспедицией. Я не был ни геологом, ни путешественником. Я был физиком-теоретиком, чье место было дома, в Принстоне. Мне следовало бы сидеть с блокнотом и заниматься вычислениями, а не возглавлять группу русских, итальянских и американских ученых в поисках – вероятно, безнадежных – редкого минерала, который миллиарды лет носило по космосу.
Как вообще так вышло? – спрашивал я себя, борясь со все растущим облаком насекомых. Увы, я знал ответ: безумная экспедиция была моей идеей, воплощением научной фантазии, занимавшей меня на протяжении трех десятилетий. Все началось в первые годы 1980-х, когда мы с моим студентом разработали теорию, демонстрирующую принцип создания новых форм вещества, долго считавшихся “невозможными”, – конфигураций атомов, которые явным образом запрещены твердо установленными научными принципами.
У меня есть давняя привычка особо внимательно прислушиваться к идеям, которые объявляют “невозможными”. Обычно в таких случаях позиция ученых действительно бесспорна, как, например, в вопросах нарушения закона сохранения энергии или создания вечного двигателя. Нет никакого смысла рассматривать концепции такого рода. Но иногда идея признается невозможной на основе устоявшихся теорий и догадок, которые могут оказаться неверными при определенных обстоятельствах, никогда прежде не рассматривавшихся. Такие случаи я называю невозможностями второго рода.
Когда ученому удается опровергнуть эти устоявшиеся предположения и найти в теме лазейку, которую все остальные проглядели, невозможность второго рода становится потенциальной золотой жилой, дающей ему редкий – возможно, единственный в жизни – шанс совершить революционное открытие.
В начале 1980-х мы с моим студентом обнаружили такую лазейку в одном из самых фундаментальных законов физики и, исследуя ее, поняли, что наша находка позволит создать новые формы вещества. По замечательному совпадению как раз в то время, когда мы разрабатывали нашу теорию, в расположенной неподалеку лаборатории было случайно открыто такое вещество. И так вскоре сформировалось новое научное направление.
Но мне все не давал покоя один вопрос: почему это открытие не было сделано давным-давно? Наверняка такие формы вещества возникали в природе за тысячи, миллионы или даже миллиарды лет до того, как о них задумались мы. Я не мог перестать размышлять о том, где могут скрываться природные образцы придуманного нами вещества и какие тайны они могут хранить.
В то время я и вообразить не мог, что этот вопрос доведет меня аж до Чукотки в ходе почти тридцатилетней детективной истории с массой невероятных, головокружительных поворотов. Мы преодолели такое количество казавшихся непреодолимыми препятствий, что иногда у меня возникало чувство, будто некая незримая сила шаг за шагом вела нас с командой к нашей цели, этой неведомой земле. Все предприятие само по себе было совершенно… невозможным.
И вот так мы оказались непонятно где, рискуя всем, чего уже смогли достичь. Успех зависел от того, достаточно ли мы удачливы и умелы, чтобы преодолеть все те непредвиденные и порой ужасающие препятствия, с которыми нам предстояло столкнуться.
Часть I
Делая невозможное возможным
Глава 1
Невозможно!
Это слово эхом отозвалось в большом лекционном зале. Я только что закончил описывать изобретенную совместно с моим аспирантом Довом Левином революционную концепцию нового типа вещества.
Лекционную аудиторию заполняли ученые всех специальностей, какие только были на кампусе Калтеха[1]. Дискуссия прошла совершенно замечательно. Но в тот самый момент, когда рассосались остатки толпы, послышался знакомый громкий голос, произнесший это самое слово: “Невозможно!”
Я бы и с закрытыми глазами узнал этого человека по характерному скрипучему голосу с отчетливым нью-йоркским акцентом. Передо мной стоял мой научный кумир, легендарный физик Ричард Фейнман с копной седеющих волос до плеч, в своей привычной белой футболке и с обезоруживающей дьявольской улыбкой.
Фейнман получил Нобелевскую премию за основополагающий вклад в создание первой квантовой теории электромагнетизма. В научном сообществе он уже считался одним из величайших физиков XX века. А для широкой публики он в итоге стал культовой фигурой благодаря ключевой роли, которую сыграл в установлении причины катастрофы космического челнока “Челленджер”, а также благодаря двум своим бестселлерам: “Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!” и “Какое тебе дело до того, что думают другие?”.
У него было невероятно ироничное чувство юмора, и он был знаменит своими изощренными розыгрышами. Но, когда речь шла о науке, Фейнман всегда становился бескомпромиссно честным и непримиримо критичным, отчего его присутствие на научных семинарах особенно пугало. Всегда нужно было ожидать, что он перебьет докладчика и попросит перед всеми обосновать тот или иной момент, показавшийся ему неточным или сомнительным.
Конечно, я сразу заметил присутствие Фейнмана, когда он вошел в аудиторию перед самым моим докладом и занял свое обычное место в первом ряду. Краем глаза я продолжал внимательно следить за ним на протяжении всего своего выступления, готовый к любым неожиданностям. Однако он так и не прервал меня и не выступил с возражениями.
То, что он остался поспорить после доклада, вероятно, смутило бы многих ученых. Но это была не первая наша встреча. Мне посчастливилось тесно сотрудничать с Фейнманом, когда я был еще аспирантом в Калтехе где-то десятью годами ранее, я преклонялся перед этим человеком и испытывал по отношению к нему лишь искреннее восхищение. Фейнман изменил всю мою жизнь своими книгами, лекциями и личным наставничеством.
Поступая в Калтех в 1970 году, я планировал специализироваться в области биологии или математики. В старшей школе я не испытывал особого интереса к физике. Однако я знал, что каждый студент Калтеха обязан пройти двухгодичный курс по этому предмету.
Вскоре я выяснил, что начальный курс физики был чрезвычайно сложен во многом конкретно из-за учебника “Фейнмановские лекции по физике. Том 1”. Эта книга была не столько учебником, сколько сборником блестящих эссе, основанных на знаменитых лекциях, которые Фейнман читал первокурсникам в 1960-х годах.
В отличие от всех прочих учебников физики, которые мне попадались, “Фейнмановские лекции по физике” не задерживались на том, как решать ту или иную задачу, и это существенно осложняло попытки справиться с пугающими домашними заданиями и заставляло тратить на них массу времени. Однако эти эссе давали нечто намного более ценное – глубокое погружение в оригинальный фейнмановский стиль научного мышления. Не одно поколение выросло на “Фейнмановских лекциях”. Для меня этот опыт стал подлинным откровением.
Через несколько недель я почувствовал себя так, словно мне вскрыли череп и перепрошили мозг совершенно новым способом. Я начал думать, как физики, и мне это понравилось. Подобно многим другим ученым моего поколения, я с гордостью считаю Фейнмана своим героем. Я поспешил отказаться от своих первоначальных учебных планов относительно биологии и математики и рьяно набросился на физику.
Помню, за весь свой первый курс я лишь пару раз набирался храбрости поздороваться с Фейнманом перед семинаром. Нечто большее казалось в то время просто немыслимым. Однако на третьем курсе мы с соседом по общежитию каким-то образом решились постучаться к нему в кабинет и спросить, не согласится ли он вести неофициальный курс, встречаясь раз в неделю со студентами вроде нас и отвечая на любые вопросы. Все это будет совершенно неформально, добавили мы. Никаких домашних заданий, тестов, оценок и, конечно, никаких зачетных баллов. Мы знали, что он не переносит бюрократию, и надеялись, что отсутствие формальностей его привлечет.
