Kitabı oxu: «Искусство физики: Как наука объясняет хаос, противоречия и непредсказуемость нашей жизни»

Знак информационной продукции (Федеральный закон № 436-ФЗ от 29.12.2010 г.)

Переводчик: Мария Талачёва

Научный редактор: Алексей Рубцов, доктор физ.-мат. наук, профессор РАН

Редактор: Пётр Фаворов

Издатель: Павел Подкосов

Руководитель проекта: Анна Тарасова

Арт-директор: Юрий Буга

Дизайн обложки: Алина Шевкопляс

Корректоры: Ольга Смирнова, Лариса Татнинова

Верстка: Андрей Фоминов

© Zahaan Bharmal, 2024

Данное издание опубликовано при содействии The Curious Minds Agency GmbH, Louisa Pritchard Associates и The Van Lear Agency LLC

© Издание на русском языке, перевод, оформление.

ООО «Альпина нон-фикшн», 2026

* * *

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Посвящаю эту книгу моим родителям

Зулфи и Руттон Бхармал

Введение

На Всемирном экономическом форуме в Давосе главное – не то, сколько у тебя денег, как ты одеваешься или на каком автомобиле ездишь. Главное – это цвет бейджа. Каждый год мировая элита – гиганты политики, титаны промышленности и горстка светочей культуры – съезжается в этот городок, расположенный в Швейцарских Альпах, чтобы обсудить самые животрепещущие вопросы, стоящие перед планетой. На мероприятия пускают не всех, а статус участника на всю эту неделю определяется именно цветом бейджа. Премьер-министры, президенты и генеральные директора корпораций получают заветные белые бейджи, открывающие практически любую дверь. Затем, в порядке убывания важности, идут оранжевые, зеленые, фиолетовые, синие и красные. Мой бейдж не относился ни к одной из этих категорий.

Мне достался золотой. Он имел такой густой, соблазнительный оттенок, что на мгновение я подумал, что это какой-то секретный цвет для особо важных персон. Но, к сожалению, оказалось, что золотые бейджи находятся в самом низу турнирной таблицы, что это что-то типа давосских «медалей за участие» – такие часто дают моим детям после школьных соревнований. Иногда такие бейджи называют «отельными», поскольку они выдаются обслуживающему персоналу – тем, кому можно зайти в здания отелей, где проводится форум, но дальше холла нельзя сделать буквально ни шагу. Любые попытки пройти глубже, попасть в один из многочисленных роскошных конференц-залов, где проходят важные встречи, – мгновенно пресекаются охраной. И тем не менее, получая свой золотой бейдж снежным воскресным утром в январе 2020 г., я был невероятно возбужден.

На ежегодном Всемирном экономическом форуме скучно не бывает. Но в 2020-м там было особенно интересно. Хотя до объявления по всему миру карантинов из-за пандемии COVID-19 оставалось еще несколько месяцев, вирус уже был выделен и уже вызывал опасения у Всемирной организации здравоохранения. Этот и другие не терпящие отлагательства вопросы, такие как изменение климата, экономическое неравенство и нестабильность демократии, значились среди главных тем для обсуждения.

Мое участие в какой-либо из этих дискуссий не предполагалось. Я приехал туда со своей начальницей, обладательницей белого бейджа. То есть в мои обязанности входило следить за ее расписанием, готовить документы для встреч и сочинять подходящие реплики. Я должен был вовремя и во всеоружии доставлять ее к дверям зала заседаний, которые тут же захлопывались за ней прямо перед моим носом. Конечно, мне хотелось бы войти туда вместе с ней, но у моего положения было одно маленькое преимущество: будучи интровертом, я мог спокойно проводить время наедине с собой. Пока моя начальница присутствовала на совещаниях за закрытыми дверями, я мог посидеть в холле отеля, листая всевозможные разложенные там брошюры. Среди них мне попался и публикуемый самим Всемирным экономическим форумом Доклад о глобальных рисках¹.

Каждый год организаторы Давоса готовят этот увесистый отчет, чтобы обрисовать контекст и задать рамки для различных дискуссий на форуме. В нем дается систематическая оценка вероятности и потенциальных последствий самых серьезных неприятностей, с которыми может столкнуться человечество. В докладе за 2020 г. описывались глобальная экономика, подвергающаяся растущему риску стагнации, и изменения климата, более глубокие и быстрые, чем ожидалось, – и все это в период массовых протестов против политической и экономической ситуации по всему миру, а также обеспокоенности граждан усиливающимся неравенством. Короче говоря, веселого в этом чтении было мало. Я чувствовал себя подавленным перед лицом всех этих грандиозных, сложнейших, экзистенциальных проблем, ни одна из которых не имеет очевидного решения. Мне хотелось хоть что-то сделать, хоть как-то помочь, но на фоне блестящих умов, уже собравшихся в Давосе, я знал, что не могу предложить ничего особенного. Ну или почти ничего.

Читая громкие биографии разных делегатов с белыми бейджами, я подметил кое-что интересное. Как и следовало ожидать, подавляющее большинство из них получили высшее образование в таких областях, как экономика, финансы или политические и социальные науки. Были среди них и специалисты в области медицины, наук о Земле и сельского хозяйства. А также художники и производители контента, историки и писатели, даже философы и богословы. Но я обратил внимание, что лишь немногие из них так или иначе соприкасались с одной конкретной областью науки. Областью, представляющей собой, возможно, древнейшую и наиболее фундаментальную из всех академических дисциплин. Областью, которая вот уже более двух тысячелетий помогает нам раскрывать саму природу Вселенной. Областью, которую я полюбил еще в детстве и которую затем изучал в университете. Областью, уроки и идеи которой за годы, прошедшие после получения диплома, выручали меня бессчетное число раз. И этой областью была физика.

Какое отношение физика имеет к вопросам, обсуждаемым в Давосе? Да особо никакого, скажете вы. На форуме имеют дело с тем, как все сложно устроено в мире людей и политики. А физика описывает систематизированный мир науки и рациональных умозаключений. Что может быть между ними общего? Тем не менее в последние годы многие люди, гораздо более влиятельные, чем я, приписывали свой успех в далеких от физики сферах именно тому, что они рассуждали как физики. Покойный Чарльз Мангер, например, считал, что он и его партнер-миллиардер Уоррен Баффетт смогли сколотить свое внушительное состояние во многом благодаря физике и ее основательному подходу к решению любых задач. Доминик Каммингс, серый кардинал кампании по выходу Великобритании из ЕС, объяснял в своем блоге эту политическую победу тем, что он нанял в помощники не людей из более традиционных областей, таких как политика, бизнес или экономика, а физиков. Да и Илон Маск, что вполне ожидаемо, неоднократно рассказывал о том, как физика повлияла на его многочисленные начинания, от попыток решить проблему экологичного транспорта до стремления защитить будущее нашего вида, создавая ракеты для полетов на Марс. Для Маска физика в большей мере, чем любая другая дисциплина, основана на рассуждениях из первопринципов, на умении «сводить все к фундаментальным истинам».

И вот, сидя в холле одного из отелей Давоса, я начал задавать себе вопросы, которые в конечном итоге подтолкнули меня к написанию этой книги. Можно ли благодаря физическим концепциям взглянуть на глобальные риски с нового ракурса? Может ли физика предлагать какие-нибудь практические решения? В конце концов, может ли физика спасти мир?

* * *

Физику я полюбил не сразу. Честно признаться, в свои четырнадцать лет, только перейдя в среднюю школу, я ее ненавидел. Причем, по-моему, это чувство было взаимным. Некоторые школьные предметы казались мне трудными, а некоторые – скучными. Физику же я относил и к тем и к другим. Об этом свидетельствовали и мои оценки, так что в конце первой четверти неравнодушный, но павший духом учитель физики без капли иронии сообщил моим родителям, что по его предмету мне «недостает импульса». В физике импульс определяется как масса тела, помноженная на его скорость. Это значит, что я буквально топтался на месте.

По правде говоря, у меня, как и у многих подростков, были иные заботы. Я, тревожный и застенчивый сын иммигрантов из Индии, рос в пригороде на севере Лондона и ходил в престижную частную школу с жесткой конкуренцией между учениками. Друзей у меня было мало, я с большим трудом выстраивал отношения с одноклассниками. То, как добиться популярности, волновало меня куда больше, чем премудрости физики. Мир казался мне неупорядоченным и печальным.

Но когда мне исполнилось пятнадцать, ситуация начала меняться. Родители, которые уже долгое время предпринимали попытки приохотить меня к чтению, купили мне книгу Дугласа Адамса «Путеводитель вольного путешественника по Галактике»² – шедевр юмористической научной фантастики. Я сразу же разглядел себя в Артуре Денте, незадачливом главном герое, оказавшемся игрушкой в руках неподвластных ему и непостижимых для него сил, но сумевшем все же чего-то в жизни добиться. Но больше всего меня привлекла идея, что на «Самый Главный Вопрос Жизни, Вселенной и Вообще»³ существует единственный ответ. Меня это не только веселило, но и безумно утешало.

Конечно, я понимал, что все это было метафорой. Адамс шутил, высмеивая поиск единственного окончательного ответа и делая его результат заведомо нелепым. Как знает почти каждый, ответом на «Самый Главный Вопрос Жизни, Вселенной и Вообще» оказывается, согласно книге, число 42. Но меня, одинокого подростка, завораживала возможность существования единой системы, которая, быть может, однажды позволит мне понять смысл окружающего мира. Я хотел найти настоящий вариант такой системы, а физика – наиболее фундаментальная из наук, исследующая саму природу материи, – казалась мне самым верным к нему путем.

Одним из физиков, с работами которого меня, как и всех школьников, познакомили в первую очередь, был сэр Исаак Ньютон. В 1665 г. от чумы погибла четверть населения Лондона. В разгар эпидемии закрылся Кембриджский университет, и 22-летний Ньютон, который в то время работал в Тринити-колледже, попал в настоящий локдаун XVII в. Он вернулся в дом своего детства в линкольнширской деревне Вулсторп-бай-Колстерворт. Здесь Ньютона ничего не отвлекало, и для него началось время необычайных открытий. По легенде, в тени яблони ему на голову упал спелый плод, что и привело к озарению. Ньютон предположил, что сила, которая притягивает яблоко к земле, – это, должно быть, та же самая сила, которая удерживает Луну на орбите вокруг нашей планеты. Такое, казалось бы, простое наблюдение переросло в три закона движения Ньютона.

Первый закон, или закон инерции, гласит: объект, находящийся в покое, остается в покое, а объект, находящийся в движении, продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует внешняя сила. Этот закон объясняет, почему ракета на стартовой площадке никуда не летит, пока не заработают ее двигатели, и почему по пути к Луне она, выключив их, сохраняет свой импульс до тех пор, пока ей не понадобится затормозить на том конце траектории. Вдохновленный этим результатом, Ньютон еще больше углубился в изучение вопроса.

Второй закон обычно выражается в виде уравнения F = m × a: сила равна массе, помноженной на ускорение. Или, другими словами, масса равна силе, деленной на ускорение. Это означает, что чем тяжелее ракета, тем мощнее должны быть двигатели, необходимые, чтобы она развила скорость, которая позволит ей уйти с орбиты Земли.

Ньютон также заметил, что для каждой силы существует другая, равная ей и противоположная по направлению. Этот принцип стал третьим законом – законом действия и противодействия. Именно за счет него ракета вообще работает: напор газов, вылетающих из сопла в одну сторону, заставляет ракету двигаться в противоположную.

Эти три закона позволили Ньютону также разработать теорию всемирного тяготения, которая гласит, что каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Другими словами, чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное притяжение (именно поэтому гравитация на Земле больше, чем на меньшей по размеру Луне), а чем дальше два объекта находятся друг от друга, тем слабее притяжение между ними (именно поэтому гравитационное притяжение Солнца, испытываемое Землей, сильнее, чем такое же притяжение, испытываемое более удаленными планетами Солнечной системы). Это изящное выражение заложило основу для формирования наших представлений о космосе на многие столетия вперед. Вселенная описывалась им как нечто предсказуемое, упорядоченное и определенное. Кроме того, оно вдохновило бесчисленное множество других ученых.