Български  |  English

Доц. Пламен Физиев: Експериментите в Церн – истини и заблуди

 

 

 

Пламен Физиев е ръководител на катедра „Теоретична физика” в Софийския университет. Последните години работи над съвременната теория на гравитацията и намиране на теоретични модели, обясняващи лавината от наблюдателни данни в тази област,които ежедневно опровергават досегашните ни разбирания.
 
- Господин Физиев, искам да ви попитам първо докъде са стигнали изследванията на Големия адронен колайдер (LHC) в Церн?
- Наскоро след няколко неуспешни старта ускорителят най-после тръгна, но засега e далече от планираната пълна мощност. Предвижда се тя да се достигне след десетина години. Всички сме малко разочаровани от това. Наистина, това е върхова техника с използване на много нови технологии и непрекъснато възникващи още повече неизвестни... Все пак, вече са получени първите научни резултати. Засега скромни и не особено интересни. Те показват, че LHC може да работи и дава надежди да даде нещо ново на науката.
- Казват, че целта на LHC e да пресъздаде първите секунди на Големия взрив, който е поставил началото на Вселената. Кажете нещо повече за самата теория?
- Това е доста груба грешка, възникнала в резултат на внушения на хора с определено грандоманско мислене. Никога не е поставяна задача да се пресъздаде Големият взрив, от който си мислим, че е започнала познатата ни Вселена. Тази задача е много далече от възможностите на хората не само сега, но и в произволно отдалечено бъдеще. Тя просто изисква ресурси, с които ние никога няма да разполагаме. Числата са поразяващи. Не само Земята и Слънчевата система, но дори цялата ни Галактика, която съдържа милиарди системи като Слънчевата, са нищожни в сравнение с видимата Вселена. Нейният размер в сантиметри е число с 28 нули, а в нея има толкова на брой протони, че ни трябва число с 84 нули, за да ги запишем. Абсолютно немислимо е да възпроизведем Големия взрив не само на Земята, но и в мащабите на цялата Галактика и дори на локалния куп от галактики.
Днес ние разполагаме с различни познания за Вселената. Видимата Вселена се разширява. Трябва да си даваме ясна представа какво всъщност значи това: 5% разширение за 1 милиард години!!! Толкова бавно, че допреди около 80 години науката считаше, че Вселената е вечна и неизменна. Беше необходимо да се постигне огромен напредък в точността на измерванията, за да установим това нищожно за мащабите на човешкия живот разширение. След като стигнахме на базата на реални наблюдения до такъв неочакван извод, намериха се и редица потвърждения. Едно от тях е така нареченото „реликтово” лъчение (или „космическият микровълнов фон”), за откриването и изучаването на който бяха дадени две Нобелови награди. Той ни показва каква е била картината на Вселената преди около 14 милиарда години.
Считаме, че дотам се е стигнало след нещо, което се нарича „Големия взрив”. За него нямаме реална информация, защото 380 000 години след него (ако предположим, че го е имало изобщо) Вселената е била толкова малка, че плътността на частиците в нея е била огромна. Това не е позволявало дори на светлината да се движи свободно между тях. Едва 380 000 години след предполагаемото събитие, Вселената се е разширила дотам, че светлинните частици са тръгнали по пътя си свободно и ние днес ги наблюдаваме като микровълнов фон, за който споменах. Какво е било преди това, можем само да гадаем. И тук има два случая. На базата на изучените природни закони в земни условия, например чрез използването на ускорителите на елементарни частици - от 30-те години на XX век и досега - физиката е открила огромен брой факти за тези частици, за това как са устроени атомите, молекулите и т.н. Благодарение на това знание ние можем да си представим какво би могло да се случи с Вселената в интервала 3 минути след „Големия взрив” до тези 380 000 години. Тук нямаме реални данни от наблюдения, но сме доста сигурни в предсказанията на нашите теории, построени на базата на известните ни физически закони. Ако си мислим за времената преди тези 3 минути, нищо сериозно не бихме могли да кажем. Известните ни закони не могат да се прилагат в невероятните условия, които би трябвало да съществуват тогава във Вселената. Затова аз наричам хипотезите за този най-ранен период "ненаучна фантастика", за разлика от хипотезите за периода от 3-те минути до 380 000 години, което си е научна фантастика, полученатеоретичнона базата на познати закони, но без експериментална проверка. Е, точно там е мястото на LHC. Смешно е да си мислим, че на това доста жалко човешко творение (в мащабите на Вселената, разбира се, а като достижение на днешната цивилизация то е наистина грандиозно) ние бихме могли да пресъздадем нещо като „Големия взрив”. Обаче с LHC бихме могли да научим нещо повече за физическите закони при условия, които досега не ни бяха достъпни, и да продължим да гадаем какво би могло да се случва в най-ранната Вселена на базата на новите научни данни.
- Да, но вие все пак казахте, че предполагате, значи има вероятност сценарият да е съвсем друг. Някои учени оспорват теорията за Големия взрив.
- Да, разбира се. Има и съвсем други модели за еволюцията на Вселената. Все пак, най-много наблюдателни данни подкрепят теорията на Джорж Гамов от 50-те години на XX век за горещото начало на Вселената, тоест, за „Големия взрив”. Но това не е съвсем ясен модел. Например, едва през 1999 г. открихме, че Вселената не само се разширява, но това разширение се ускорява (в нашата епоха, тоест, за последните 1-2 милиарда години). Преди това не го знаехме! Добро обяснение за това ускорение нямаме...
- А физиката има ли отговор как всъщност се е създала материята?
- Не, ние просто не се занимаваме с това, доколкото нямаме научни методи, чрез които да изследваме този въпрос.
- Но материята може ли да се създаде сама и тук ли е мястото на Бог?
- Работата е там, че задаването на такива въпроси не е много смислено, поне от гледна точка на науката. Науката и религията имат доста различен подход към проблемите. Науката не се занимава с Бога! Тя се занимава само с неща, които всеки образован човек, разполагащ с необходимите средства, може да провери във всеки момент.В религията, която се занимава с Бог, подходът е съвършено различен. Там или вярваш, или не! Например, съвършено невъзможно е да се провери непорочното зачатие. В него може само да се вярва.
- Но щом науката не може да отговори на най-основния въпрос – как е създадена материята и енергията, тогава на какво се гради тя? Освен това, според физичните закони, енергията не се губи, тя не може да дойде отникъде. И именно според физиката всяка система, оставена на себе си, се разрушава. Какво значи това – че тя трябва да е създадена от някого и това е логика на физиката. В случая не говорим за религия, а за логика...
- Това, което, както ми се струва, ви притеснява, е ограничеността на моментното ни знание. С течение на времето ние научаваме все повече неща. Казвате "енергия". Преди 200 години физиката е познавала само механичната енергия (това е точно дефинирана характеристика на материята, свързана с нейното движение). По-късно научихме, че има електромагнитно поле с негова си енергия и се научихме да ги използваме (иначе сега нямаше да общуваме с вас, разделени на повече от 3000 километра разстояние). После научихме, че с масата е свързана енергията на покой (тоест, без видимо движение) и се научихме да я използваме - къде за атомни централи, къде за атомни бомби... След това научихме, че има енергия на гравитационните вълни и аха-аха да я открием – дадени са десетина милиарда долара, но резултат все още няма... и т.н. Кръгът на нашите знания непрекъснато се разширява, но никога няма да знаем всичко.
- Според някои теории пространството има 10 измерения, възможно ли е чрез експериментите в LHC да открием успоредни на нас светове?
- Това са ненаучни фантастики в смисъла, за който по-горе стана дума. Всъщност, няма никакви факти, говорещи в полза на съществуване на нови размерности на физическото пространство-време, подобни на тези, които познаваме от ежедневната ни практика. Нещо повече, ако такива съществуваха, щяхме да имаме сериозни проблеми. Например материята (водородните атоми) не би била устойчива и бързо би се разпадала... Има формални математически модели с повече от 4 измерения. Някои от най-простите, които са само донякъде изследвани, се оказва, че биха имали 10, други 11, трети 26 измерения. Съществуванетона допълнителни размерности с познатите ни свойства грубо противоречи на известните ни факти. Затова хората, които се занимават с такива модели, измислят различни сложни хипотези, обясняващи защо тези допълнителни размерности не се наблюдават на практика. Една възможност се нарича "компактификация". Това означава, че си представяме, че тези допълнителни размерности са като затворени окръжности, които са извънредно малки, типично - 1 делено на 10 с 32 нули в сантиметри. Това също не е наука, защото никога не би могло да бъде проверено. За да се осигурят пари (всички сме грешни) за LHC, тази хипотеза беше комбинирана с още няколко, така че да има надежда на LHC да се забележи нещо ново. Сами разбирате, че това е чиста спекулация, облечена в научна форма. Работата е там, че в съвършено други условия – в космоса, енергиите на LHC се наблюдават! Наблюдават се и много по-големи енергии! При това в голям мащаб. Например, когато LHC бъде доведен до крайната си проектна форма, той ще бъде в състояние да ускори маса, равна на масата на един комар, до планираните енергии. В последните години космическите станции откриха маси, равни на 200 земни маси (тоест, почти масата на Юпитер), които се движат с такива енергии. И... Нищо!... Нито допълнителни размерности, нито раждане на т. нар. черни дупки. Това са известните ни факти...
- Според германския професор по химия Ото Рьослер при експериментите в LHC ще се създадат милиони черни дупки, някои от които няма да се изпарят, ще се разпръснат и ще погълнат земята?
- Това си е чиста проба ненаучна спекулация, раздухана грандиозно от медиите - та чак до съда в Страсбург! Истината е, че елементарни частици с бъдещите LHC енергии непрекъснато идват от космоса и пронизват Земята. Това е добре проверено от две независими съвременни станции за наблюдение на космически лъчи. Едната се казва Euger – на името на известен френски изследовател на космичнителъчи, а другата ICECUBE – в Антарктида. Също грандиозни международни обекти. По данни на техните наблюдения за 5 милиарда години, откакто знаем, че съществува Земята, през нея са преминали 10 с осемнадесет нули (!!!) частици с все още бъдещите енергии на LHC. И... отново нищо не се е случило... Аз мога (и не само аз – има научни публикации в специалната литература) да гарантирам, че и след експериментите на LHC ще изкараме поне още 5 милиарда години (ако не ни сполети нещо друго), пък после "ще му мислим"...
- Увереността на учените не се ли основава върху теорията на Стивън Хокинг за изпарение на черните дупки, която всъщност не е проверена в практиката? Какво ще стане, ако тя е погрешна?
- Тук навлизате в моите научни води. Самото понятие „черна дупка” е доста неясна теоретична спекулация. Миналата година имаше съществен напредък в разбирането на тези неща. Теорията, за която говорите, е от 60-те и 70-те години на миналия век и е чиста математическа спекулация, възникнала първоначално в САЩ по времето на Студената война, когато са плашели правителствата с "гравитационни бомби" и други не особено сериозни неща - пак за пари (след Los Alamos, тоест, след атомната и водородната бомби, доста високо квалифицирани хора са останали без работа). Не случайно терминът "черна дупка" е измислен от Джон Уилър – шефът на теоретичните отдели и на атомната, и на водородната бомба; и е оповестен в Ню Йорк Хилтън хотел – западната бална зала, на 27 декември 1967 г. по време на Новогодишния бал на физиците... По-нататък, вече повече от 45 години, се развиват теоретични спекулации, но през последните 4-5 години изследванията на тези неща най-после се превърнаха в истинска физика. Има много нови експериментални наблюдения, които отхвърлиха теориите от 60-те години. Трупат се всекидневно нови данни, но все още не е построен нов модел, да не говорим за теория. Това в момента е едно от най-големите научни предизвикателства. Миналата година се появиха първите наблюдателни данни, които показват, че обектите, наричани масово „черни дупки”, и, разбира се, наблюдавани от астрономите, май не са това, за което ги мислехме теоретично... Например, в началото на януари 2010 г. бяха публикувани наблюдения на огромна международна колаборация за търсене на гравитационни вълни чрез детектори на гравитационни вълни (в момента синхронно действат 5 такива – всеки с цена над 1 милиард долара). Резултатът от наблюденията на 22 обекта (т.нар. “кратки гама избухвания”) е, че в тях не участват черни дупки. Допреди една година всички бяха склонни да се закълнат, че това са прояви на черни дупки...
- Всъщност, може ли да се окаже, че целият проект е безсмислен, ако ускорителят не е достатъчно мощен, за да осигури желаните резултати или пък даде грешни? Все пак, разбирането на хората за света се крепи на науката. Бих казала, че това е много отговорна задача.
- Тук въпросът стои по друг начин. Най-вероятно LHC няма да даде кой знае какво за чистата физика. Поне такива са сериозните предсказания на базата на данните от предишните ускорители. Единствената сериозна надежда е да научим нещо повече за бозона на Хигс, но и това не е сигурно. Нещо повече, LHC е последният "земен ускорител" и ние знаем това от повече от 25-30години. За да се постигне нещо интересно в този вид физика, е необходимо да се увеличи поне 100 пъти енергията на частиците. Това означава, че следващият ускорител трябва да е с размер 40 000 километра, тоест, колкото екватора. И това не е най-лошото. По-невъзможното е, че необходимата за такъв ускорител енергия е повече от произвежданата от всички земни електростанции! Така че LHC е краят на развитието на ускорителната физика на Земята. Следващи стъпки в тази посока искат излизане в космоса, а това едва ли ще се случи в обозримо бъдеще, пък и не е много интересно... Едва ли ще достигнем космическите мащаби. През 1986-88-ма в света имаше 4 проекта от типа на LHC. Американците заровиха (буквално) в пясъците на Тексас 5 милиарда долара и се отказаха. Руснаците изкопаха само дупката за бъдещ ускорител в Серпухов и грохнаха икономически. Японците излязоха най-хитри и казаха, че ще погледат другите, пък тогава ще решават какво да предприемат. В края на краищата се оказа, че всички се обединиха около CERN и за 25 години „излюпиха” LHC, дай боже да тръгне, както е планирано... Но реалната полза от всичко това за хората е съвсем друга. За да направят LHC, физиците измислиха WEB-a и промениха света, развиха се невероятни нови технологии с много практически приложения. Унгарците направиха дори нова бира – специално за ЦЕРН и т.н. И това е истинската полза от това световно усилие! Въобще, аз мисля, че науката е най-силното предизвикателство за човечеството, а познанието е реалната ни цел. Конкретните резултати са несигурни и трудно предсказуеми. Ако можехме да ги предскажем, това нямаше да е наука...
Колкото до рисковете, те в никакъв случай не са по-големи от всекидневните. Със сигурност за вас е много по опасно в момента, късно през нощта, да излезете сама на улицата...
Разговора води Деляна Узунова
 


  
ПОРТАЛ ЗА КУЛТУРА, ИЗКУСТВО И ОБЩЕСТВО 1000 стипендии Списание “Християнство и култура” Книжарница “Анджело Ронкали” Фондация “Комунитас”