Все формулы мира. Как математика объясняет законы природы

Следующий важный аспект пользы астрономии связан с исследовательским потенциалом этой области. Вселенная является гигантской естественной лабораторий, в которой постоянно идут процессы, недоступные для лабораторных исследований. Яков Зельдович не зря говорил, что «вселенная – это ускоритель для бедных». Современные данные свидетельствуют о том, что из космоса на Землю прилетают частицы с энергиями выше 10²⁰ эВ, что примерно в 100 млн раз больше, чем можно получить на Большом адронном коллайдере. Происхождение этих частиц неизвестно. Вероятно, решение этой загадки будет представлять интерес не только для астрофизики, но и для фундаментальной физики.

В астрономических объектах мы сталкивается с плотностями, превосходящими ядерную, магнитными полями, превышающими так называемое швингеровское поле (в таком поле из вакуума могут спонтанно рождаться электрон-позитронные пары, а отдельный фотон даже небольшой энергии с большой вероятностью может породить электрон-позитронную пару). А уж с точки зрения теории гравитации именно вселенная – идеальный полигон.

Самым свежим на сегодняшний день достижением в этой области является регистрация гравитационно-волновых сигналов от слияний компактных объектов. Кроме доказательства верности предсказаний ОТО, эти наблюдения позволили измерить несколько важных фундаментальных величин (или поставить более ограничивающие пределы). Например, благодаря регистрации электромагнитного излучения от слияния с участием нейтронной звезды впервые напрямую удалось определить скорость распространения гравитации.

Другие примеры важности астрономических исследований с точки зрения практической пользы так или иначе связаны с человеческим ресурсом. Это и подготовка специалистов, и поддержание уровня профессоров, и коммуникация науки и общества, и, конечно, привлечение в науку новых поколений будущих исследователей. Начнем по порядку.

Предположим, что общество (например, в отдельно взятой стране) заинтересовано только в прикладных исследованиях, поскольку их польза очевидна, а на фундаментальных хочется сэкономить. Опыт показывает, что для развития прикладных работ в научных сферах, где технологии достигают достаточно высокого уровня, необходимы специалисты с опытом исследовательской работы в фундаментальных областях. Связано это не только с различиями в багаже знаний у выпускников инженерных факультетов и, скажем, выпускников классического физфака. Дело в формировании разных подходов к решению задач.

По моему опыту, студенты научных специальностей, начиная работу над своими первыми исследовательскими проектами, сталкиваются с психологическими проблемами. До этого они решали исключительно задачи, ответы на которые уже есть. В редких случаях студент может столкнуться с новой проблемой, но ее характер обычно таков, что ответ все равно заведомо существует и надо лишь преодолеть технические сложности (подчас существенные), чтобы до него добраться. В научных проектах ситуация может быть совершенно иной – там мы вступаем не на тропу, по которой кто-то уже ходил, а на «нетоптаную» территорию. У нас нет полной уверенности в том, что мы получим в конце. Умение решать такие проблемы (а тем более их ставить!) – очень важный опыт, полезный и в прикладных задачах, поэтому команда из инженеров и ученых с большей вероятностью добьется прорыва в новой области и создаст нечто доселе невиданное, чем команда из одних инженеров. Таким образом, уже для подготовки специалистов, которые будут заниматься прикладными вопросами, необходимо существование серьезной фундаментальной науки, дающей возможность получить необходимые навыки и знания.

Тем не менее пускай наше модельное «государство высокой эффективности» считает, что относительно небольшое количество ученых (их в мире «всего-то» несколько миллионов) можно импортировать, а у себя готовить только инженеров. Но их надо готовить! Им нужно читать курсы математики, физики и химии, проводить семинары и т. д. и т. п. Иными словами, необходимы профессора.

Хороший профессор – это не человек, который выучил учебник раньше и лучше студента, а потому может его связно пересказать. Скорее, это человек, способный написать новый учебник по новому предмету (или по старой дисциплине, но с учетом самых свежих результатов). Хороший новый учебник требует не просто знаний о новых достижениях, необходимо хорошо знать, как они получены, как они вписываются (или нет) в общий контекст картины мира. И, разумеется, нужно знать и понимать несравненно больше, чем попадет на страницы, – важен отбор наиболее значимой информации, произвести который может только человек, серьезно работающий в соответствующей области. Стало быть, автор должен являться сильным ученым, работающим в этой сфере. Значит, для того чтобы были хорошие профессора, необходима фундаментальная наука высокого уровня, которой они занимаются. Разумеется, такая аргументация связана не только с учебниками, а со всеми составляющими учебного процесса.