Что такое формула и какие виды формул вообще существуют?

Я не математик, и я рассказываю в книге о математике именно с точки зрения человека, который ее использует в естественной фундаментальной науке. Что такое формула в этом смысле, лучше всего поясняет учебник физики. Учебник физики — это такое базовое описание представлений о том, как устроена природа, учебник о законах природы.

Мы видим, что мир достаточно упорядоченный, и, очевидно, в нем есть какие-то закономерности. Мы пытаемся их подметить, вписать в единую картину и тогда называем все это законами природы.

Дальше существенно, как мы эти законы природы формулируем, как их записываем. Для физика математика — это язык формулирования законов природы. Поэтому для меня формула — это в первую очередь физическая формула. Мне неинтересно, что A = B * C. Для математика это вообще практически не формула. Это определение чего-то. То есть вы величину А определяете как произведение B и С, и всё. Здесь нет, собственно, никакой науки. Для физика та же самая формула может выражать совершенно разные явления.

В моей книжке, в основной ее части, формул практически нет, но одна нарочито присутствует на первой странице. Надо бы футболку такую сделать. Там будет написано: «Самая великая формула из трех букв, V = H * D», — закон Хаббла. Вот это то же самое, A = B * C. С математической точки зрения они идентичны. Но закон Хаббла выражает собой грандиозный естественный процесс расширения Вселенной. Это формула бесконечно простая и при этом очень содержательная. А если подставить другие буквы, у нас получится, например, закон Ома. Его тоже можно записать в виде A = B * C, но в учебнике физики обычно используют другие буквы для напряжения, силы тока и сопротивления. Важна зависимость величин друг от друга. Физический закон показывает, как одна физическая величина связана с другими. И в этом смысле для меня формулы — это физические законы. Но бывают, безусловно, и другие формулы.

В книге вы называете три основных вида формул. Можете объяснить, о чем идет речь?

Да. Химические формулы стоят особняком, но мы их все равно называем формулами. У многих слово «формула» чаще ассоциируется с химией, а не с физикой. Можно посмотреть, когда впервые появились химические формулы. Это, по сути, такая древняя инфографика, запись структуры химического соединения. Химические формулы практически не содержат в себе никакой математики.

И есть, соответственно, математические формулы. Они именно выражают соотношение между величинами. Основное тригонометрическое тождество, sin²a + cos²a = 1, — формула, которая выражает соотношение между математическими величинами. Многие математические формулы находят свое выражение в физике, причем в достаточно многообразных видах. Так бывает не со всеми, но многие математические формулы (например, A = B * C, с которой мы начали) находят разные реализации в природе.

Вы занимаетесь просвещением и известны многим людям, далеким от математики, именно как просветитель. А зачем человеку, который не связан с математикой по роду деятельности, в принципе знать формулы?

Есть несколько причин для этого. Давайте попробуем их обсудить не в порядке важности. Можно вспомнить цитату Ломоносова, ее очень любили вешать в школьных кабинетах: «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит». То есть во многом, но не исключительно школьная математика нужна для формирования определенных мыслительных навыков. Геометрические задачи развивают воображение контролируемым образом, это можно проверить. Люди научаются проделывать некие формальные операции. Это тоже важная вещь. Представьте, что вам нужно прочитать проект закона или реальный закон и понять, что он значит. Это некая юридическая формула. В ней нужно разбираться: одно следует из другого, все сцепляется друг с другом. Математическое мышление на школьном уровне помогает в формировании этих навыков. То есть, во-первых, математика важна для формирования определенных интеллектуальных навыков. Во-вторых, математика применяется в самых разных науках.

Вообще говоря, трудно представить человека, которому совсем в жизни не пригождаются формулы. Формирование навыков и овладевание разными знаниями открывает горизонты. Если человек хочет серьезно изучить на школьном уровне физику, химию, биологию, ему все равно понадобятся математические знания за пределами простой арифметики.

Про арифметику мы даже не говорим, арифметика важна: нужно сумму в чеке хотя бы прочитать, налоговый вычет посчитать, процент по вкладу. Давайте не будем рассматривать банковские продукты, хотя там бывают довольно сложные формулы, и этим полезно владеть. Мне приходилось ставить в тупик банковских менеджеров, пытающихся подсунуть мне какой-нибудь банковский продукт. Я не то что его не хочу, я пытаюсь честно разобраться в том, что мне говорят менеджеры. И очень часто они, к своему удивлению, обнаруживают, что, повторяя методичку, которую им раздали, вообще говоря, неправильно интерпретируют данные. Можно записать формулу и посмотреть, как работает банковский продукт. Это полезный навык.

Давайте резюмируем: математика — инструмент для других областей знаний, для физики, химии, биологии. В физику можно включить всю инженерию. Если человек хочет оставить для себя открытыми пути для работы в разных областях, в том числе и в гуманитарных, математика, безусловно, нужна и полезна. Когда я говорю о гуманитарных науках, то не обязательно имею в виду структурную лингвистику, основанную во многом на математике. В общем, две основные причины — использование математики как инструмента в самых разных областях знания и формирование определенных навыков. Ради этого ею стоит заниматься.

Если от школы перейти к просветительству, то мы зачастую недооцениваем, как много математики вокруг нас. Те, кто на самом деле занимается просветительством в области математики, как ребята в Математическом институте («Стекловке»), в Центре непрерывного математического образования, могут показать, как это происходит. Есть много чисто математических задач: как правильно составить расписание в школе, в университете, расписание дежурств сотрудников, определить, кто отвечает за кофеварку, и сделать это наиболее эффективным способом. Вопросы оптимизации постоянно возникают. Когда навигатор рисует идеальный маршрут, перестраивает его по мере изменения данных, там решается математическая задача.

Есть еще третья причина, почему важна математика, она немножко отличается от первых двух. Вокруг нас много математики. Это просто интересно, забавно, неожиданно, смешно. Математические знания помогают открыть еще один канал удовольствия. Это как знать несколько иностранных языков. Например, на этом языке есть очень смешной сериал, который на другие переводится плохо — несмешно получается. А посмотрите в оригинале, будет очень весело. Книжки Гарднера в свое время пользовались большой популярностью, потому что это развлечение. Чтобы расширять круг интеллектуальных развлечений, нужно расширять возможности своего интеллекта. Математика — одно из них.

Допустим, есть физика, биология, программирование, финансы и банковское дело — сферы, где прикладная математика пригодится. А если человек выбрал чистую математику, какая карьера его или ее ждет?

Во-первых, важно сказать, что чаще всего неправильно в 14 или 17 лет выбирать карьеру на всю жизнь. Это не прыжки с шестом, вы не прекратите этим заниматься в 30 лет. Неправильно жестко выбирать себе карьеру, мне кажется. Может быть цель, может быть желание, но по мере расширения горизонтов, по мере понимания того, что вы можете, что вам интересно, эти цели могут меняться. Очень часто люди приходят на мехмат и думают, что они будут решать какую-нибудь из задач тысячелетия, а потом делают интересную, содержательную карьеру в прикладной математике, в инженерии, в программировании, в физике, в структурной лингвистике.

У меня нет статистики, но я подозреваю, что лишь порядка 10% людей, поступивших на математический факультет, после окончания занимаются собственно математикой. В этом случае очевидный вариант развития карьеры, и это очень часто становится ключевой ее составляющей, — преподавание математики. Люди, занимающиеся математикой или теоретической физикой, зачастую получают деньги за преподавание. И это вполне нормальная ситуация. А вдобавок к этому они могут заниматься физикой, математикой в большем или меньшем объеме. Есть люди, которые занимаются математикой и не преподают, вообще больше ничего не делают, но их реально очень немного в мире в процентном соотношении. Это довольно большая редкость, я бы сказал. По большей части человек все равно будет преподавать, будет работать со следующими поколениями математиков. Если дети приходят в хоккейную секцию, в NHL будет играть, условно говоря, один или ни одного из 10 человек, бегающих по площадке. С математикой на университетском уровне происходит примерно так же. Так что, наверное, типичная карьера математика — это университетский преподаватель математики.

То есть можно предсказать, что такой человек, скорее всего, будет преподавать либо уйдет в какую-то другую сферу?

Либо уйдет в смежную сферу, да. Она, скорее всего, будет связана с математикой. Но это может быть что угодно, от инженерных расчетов до финансовых рынков. Здесь довольно широкий диапазон.

Вероятно ли, что навыки математиков массово перестанут быть нужны? Например, расчетчиков — людей, которые производили расчеты для космических программ, — достаточно быстро заменили компьютеры. Какая перспектива в этом смысле?

Перспектива очень простая. Нетрудно нагуглить, что программистов в НАСА сейчас гораздо больше, чем тех, кого в расчетных центрах заменили компьютеры.

В отдаленном будущем человек с математическим образованием и способностями вряд ли не найдет себе применения в области, где его образование и способности будут востребованы. Полагаю, что сами области будут меняться.

Более того, я думаю, что, несмотря на все успехи в создании искусственного интеллекта, человечество в своем развитии будет сильно ограничиваться людскими ресурсами. Не в том смысле, что людей мало. Людей много. Талантливых людей, которые правильным образом развивают и реализуют свои таланты, мало. Их всегда будет не хватать. Я не математик, поэтому мне не хотелось бы за математиков говорить. Но и сейчас, и раньше человек с хорошим физико-математическим образованием — это, наверное, человек с самым конвертируемым образованием в мире. Им проще всего находить работу. Не всегда она может быть той, какой они хотели бы заниматься (это другой вопрос), но это всегда будет интеллектуальная деятельность, оплачиваемая лучше, чем мытье посуды.

Хорошее образование в области, которая по-английски называется аббревиатурой STEM — Science, Technology, Engineering and Math, — долго-долго будет очень востребованным в мире. И люди, обладающие образованием и навыками в этих областях, будут очень востребованы.

Есть ли пределы интеллектуальных возможностей человека? Может ли оказаться, что мы к ним подошли и дальше развиваться не получится?

И да и нет. С одной стороны, я уверен, что возможности человеческого разума конечны. Сам объект конечный, с чего бы ему обладать бесконечными возможностями. С другой стороны, вопрос в том, достаточны ли они или нет. Насколько сложно устроен мир относительно наших мыслительных возможностей? Ответа мы не знаем. Эти два объекта возникали достаточно независимо. Эволюция человеческого мозга не определялась тем, что он будет интеллектуально познавать мир. Поэтому точного ответа мы не знаем.

Подмечая закономерности, мы придумываем эффективный способ описания мира. Падение камня — это падение камня, а ньютоновская формула — это ньютоновская формула. Это разные объекты, но они находятся в связи. А другая формула, призванная описать падающий камень, связана с ним меньше, она не описывает его свойства.

Конечно, у человеческого разума есть границы по поиску эффективных методов описания природы. Мы будем описывать его все лучше и лучше, но в какой-то момент прогресс замедлится, потому что перестанет получаться человеческими силами создавать все более сложную, изощренную модель описания мира. Такое вполне может произойти. Мы видим, что возможности индивидуального мозга заведомо ограничены. Любой человек легко сможет найти существующую теорию из какой-нибудь области науки, которую ему будет трудно понять. Сознание предельности собственных возможностей естественным образом экстраполируется на все человечество. Мы можем себе представить цивилизацию инопланетян с качественно более развитым, более сложным мозгом, создающих науку, которую нам будет трудно или невозможно изучить, в том числе по причине краткости активной человеческой жизни.

Так что да, предел есть. Другое дело, что мы можем его не почувствовать. Человек может прочитать книгу, посмотреть фильм, послушать музыкальное произведение, посмотреть на картину и задуматься над тем, что говорит ему это художественное произведение. Если говорить оно будет немного, то неспособность осознать замысел автора будет проблемой этого человека. Я с этим сталкивался, и мне кажется, это общая черта.

Важно, что вы не будете ощущать дискомфорта, разглядывая картину. Более того, вы наверняка будете находить в ней какие-то смыслы — другое дело, что они будут неполные, там будет что-то еще. И вполне возможно, что то же самое может происходить с наукой. Нам будет казаться, что у нас есть хорошая картина мира. Мы в каких-то аспектах будем ее развивать, но качественного прорыва на следующий уровень не будет. Нам может казаться, что мы поняли, как устроен мир. А в реальности это может быть связано с тем, что мы не способны создать модели более сложного уровня.

Допустим, человек, обладающей конечной способностью понимать и осознавать мир вокруг себя, сталкивается с чем-то, что не может объяснить исходя из текущих объяснительных моделей. Если такой человек сталкивается с чудом, что обычно происходит?

Появляются новые законы природы. Если это явление, которое просто не укладывается в более ранний контекст, то люди разбираются в том, как же это все-таки работает, и появляются новые законы природы. Это ровно то, чем занимается наука.

Ученые просто не пользуются словом «чудо» для описания объектов своего изучения. Но я бы сказал, что любой новый экспериментальный или наблюдаемый факт — это, собственно, чудо и есть, и мы с ним сталкиваемся каждый день.

Я думаю, что если хорошо шерстить новости, то несколько раз на дню можно с этим сталкиваться: физики обнаружили новое свойство какого-то вещества, которое непонятно, как описать; астрономы обнаружили объект, а как он устроен — мы не понимаем. Безусловно, с этим постоянно сталкиваются врачи: бог знает, что с этим пациентом.

Можно воспринимать эти явления как маленькие «чудеса», потом вписывать их в определенный контекст, находить объяснение, после которого они перестают быть «чудом». В этом смысле, повторюсь, любое неожиданное открытие расширяет горизонты. Например, было бы чудом, если бы Большой адронный коллайдер не нашел бозон Хиггса. И если бы этого открытия не произошло, наука очень сильно продвинулась бы вперед. Оказалось бы, что мир устроен существенно сложнее, чем мы думали. Или если бы LIGO (Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, основная задача которой — обнаружение гравитационных волн, предсказанных в Общей теории относительности, предложенной Альбертом Эйнштейном. — Прим. ред.) не обнаружили гравитационные волны. Это тоже выглядело бы как чудо и открыло бы человечеству новые горизонты.

Так что ученый, сталкиваясь с чудом, пытается разобраться с ним и вписать в общий контекст. Иногда это требует придумывания новых терминов для его описания. Тогда физик идет к математику для того, чтобы тот подкинул ему «новых слов», потому что сам он не знает, как это назвать. Вы можете назвать новый для вас овощ — помидор, — «золотым яблоком», а потом весь мир будет так его называть. Когда вы сталкиваетесь с чем-то, придумываете для этого новое слово. Я, правда, не знаю, насколько дикорастущие помидоры были вкусными, но для тех людей, которые их впервые увидели, это было чудо. Или кенгуру. Это же чудо на ножках, это же прямо чудесная штука! Никто про такое раньше не думал, Босх не придумал животное с сумкой на животе. Нет такого животного на картинах Босха, и ни у кого другого нет. А оно есть, вот, прыгает. Вы начинаете разбираться, придумываете теорию эволюции, теорию дрейфа континентов, выясняете историю живого мира Австралии, вписываете кенгуру в контекст и понимаете, почему там сумчатые — это нормально, а на Среднерусской возвышенности — не нормально. И если их там обнаружат, нужно строить новую модель так, чтобы кенгуру туда вписать.

То есть в естествознании мы сначала что-то находим, потом начинаем описывать, а в физике сначала описываем, а потом находим?

Это одно и то же, на мой взгляд. Условно говоря, играют (футбольные клубы. — Прим. ред.) «Краснодар» и «Барселона». Будет чудом, если «Барселона» проиграет, правда? Это примерно то же самое, как если бы не нашли бозон Хиггса. Представьте, что вы год провели в космическом полете без связи, возвращаетесь, начинаете читать спортивные новости и видите: «Краснодар» — обладатель кубка, победитель Лиги чемпионов. Это позитивное чудо, и вся Европа изучает, что такое «Краснодар» и как это слово правильно произносить. Но «Краснодар» — относительно простое слово. Можно придумать какое-нибудь другое. Какой в Перми был клуб? Кажется, «Амкар». Тоже нетипичное слово, красивое. Необнаружение предсказанного и обнаружение чего-то другого — это, как правило, две стороны одной медали. Например, необнаружение гравитационных волн. Если их нет на детекторе, значит, они куда-то деваются. Поэтому вы можете сказать, что обнаружен удивительный сток, диссипация гравитационных волн. Так что это явления одного порядка, просто мы с разных сторон на них смотрим.

Вы уже говорили про законы природы. А возможно эти законы нарушить?

Существующие законы природы — это всегда приближенное описание того, как устроен мир. В отличие от математических теорем, физические законы всегда неправильные.

Все любят вспоминать сферического коня в вакууме. Допустим, у нас есть эллиптический конь в вакууме, который лучше сферического, потому что настоящий конь и правда вытянутый. Но эллиптический конь в вакууме все равно еще не конь. Если я нарисую коня, это будет эллипс с четырьмя палочками снизу и одной палочкой сверху, а на ней будет еще один эллипс поменьше. Это будет гораздо больше похоже на коня, но все равно не конь. Физическое описание мира — это попытки все лучше и лучше нарисовать коня. Но в итоге у физиков получается всегда не конь. На одной выставке было, если я не ошибаюсь, три объекта: картина, на которой изображен стул, прямоугольник, где написано слово «стул», и просто стоящий у стены стул. Или картина с изображением курительной трубки и надписью: «Это не трубка».

Магритт, да.

Это же правда не трубка, это изображение трубки. Физическое описание всегда примерное. Всегда можно находить новые детали и нарушать предыдущие законы, потому что что-то будет не выполняться. Такое вполне может быть. И тогда просто формируется новый закон природы.

Другое дело, что есть некоторые базовые законы, их очень немного, типа закона сохранения энергии. Вот с ними, конечно, сложнее. Но история физики показывает, что у физиков есть готовность модифицировать даже такие базовые законы. Я бы сказал, что физики готовы расширять свою науку, чтобы включать в нее все реальные явления. Так что законы физики можно переписывать.

То есть, если мы видим что-то, что не вписывается в наши текущие представления о мире, мы явно это фиксируем научными методами, значит, есть повод, чтобы переписать законы природы?

Да. И поэтому этим, собственно, все заняты. Когда люди, как кажется многим со стороны, проверяют предсказания Общей теории относительности, на самом деле они ищут отклонения от нее. Любое сообщение, что какой-нибудь очередной эксперимент подтвердил Общую теорию относительности, на самом деле говорит о том, что произошла очередная попытка обнаружить эффект за ее пределами.

И все попытки пока что безуспешные?

Да. Поэтому мы пока любим Общую теорию относительности. Но совершенно очевидно, что рано или поздно что-то обнаружено будет. Общая теория относительности не истина в последней инстанции. Я вообще не знаю, какие истинно фундаментальные теории можно сейчас назвать.

Спрошу про другую теорию, которая меня совершенно чарует поэтически. Это общая теория всего, которую вроде бы пока не сформулировали, но работа в этом направлении ведется. Вы можете объяснить для нефизиков, что это такое, для чего это нужно?

Я попробую. Есть люди, которые, уверен, гораздо лучше смогут это описать, а главное — имеют на это больше права. Научное описание может казаться сложным, но на самом деле оно все упрощает. Отсутствие научного описания — просто набор разрозненных фактов. То, что Петя похож на своих родителей, — это факт. И Вова похож на своих родителей, и Маша похожа. Но вы всё сильно упростите, если узнаете, что существует генетическая информация и наследование признаков. Понять эти три факта про Петю, Вову и Машу станет проще. Огромное, потенциально бесконечное количество разнообразных фактов вы сведете к одной модели и сможете описывать.

Наука всегда стремится свести многообразие фактов, явлений, теорий к меньшему их количеству. Да, оно может быть сложнее на уровне одного элемента: проще запомнить, что Петя похож на своих родителей, чем изучить генетику и тем более ее придумать. С помощью науки вы существенно уменьшаете количество сущностей. И история показывает, что это эффективно, это работает. В физике есть много тому примеров. Сейчас известно четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное ядерное, слабое ядерное и гравитационное. В нашем мире это совершенно разные взаимодействия между частицами, между объектами.

Ученым хочется описать их единым образом, сказать, что на фундаментальном уровне существует одно взаимодействие, которое мы воспринимаем как четыре разных. Хочется придумать теорию, которая бы их объединяла. Сейчас в теоретических моделях более или менее хорошо получается объединить три взаимодействия из четырех. Проблема с гравитацией. Это сильная вульгаризация, но «теория всего» — это то, что объединит квантовую механику и теорию гравитации. У нас есть рабочая гипотеза, что существует более фундаментальный уровень реальности, который мы пока не понимаем, но очень хотим понять, и мы к нему пробиваемся. Сейчас электромагнитные явления и гравитационные явления мы описываем с помощью двух разных формул. Мы хотим написать одну формулу, которая сразу будет описывать и то и другое.

Очень сложно объяснить сторонним людям, почему, собственно, такие большие деньги тратятся на ЦЕРН, на фундаментальные исследования и почему это вообще важно.

Давайте попробую. Во-первых, это не большие деньги. Они большие по сравнению с тем, сколько вы тратите в выходные в «Ашане». Но если вы сравните стоимость церновских проектов со стоимостью авианосца, это перестанет выглядеть как большие деньги. На фундаментальную науку в мире тратится что-то порядка 1% совокупного ВВП. Прикладная наука намного дороже, на нее больше денег тратится, потому что много возвращается. А на фундаментальную науку тратится очень мало денег, это недорогое удовольствие.

И даже эти небольшие деньги тратятся, потому что наука в целом является выгодным вложением. Для эффективного развития важно не просто уметь что-то делать, а делать это лучше и быстрее других. Если рассуждать с точки зрения экономики страны, важно не просто иметь через 20 лет возможность воспроизвести какую-то технологию. Это тоже неплохо, конечно, но, если вы хотите быть лидерами, быть первыми, вам нужно развивать фундаментальную науку.

Казалось бы, для создания полезных вещей нужна исключительно прикладная наука. Но дальше начинаются сложности. Сводятся они к тому, что если вы большая страна или группа стран, то не можете развивать прикладную науку, не развивая фундаментальную. Про причины можно говорить долго, но можно воспринять это как медицинский факт. Маленькой стране можно позволить себе не заниматься фундаментальной наукой, жить за счет других. Ваши студенты будут часто ездить в другие страны, учиться там в аспирантуре, а потом возвращаться, например. Но если вы хотите быть лидером, то нужно, чтобы к вам приезжало хотя бы столько же, сколько уехало.

Прикладная наука не живет в отрыве от обычной. Особенно упертым членам парламента, министрам, можно говорить о том, что фундаментальная наука — дешевая неизбежная трата, которая добавляется к выгодной прикладной науке. Допустим, дешевле перевозить телевизоры без упаковки. Вам приходится тратить деньги на перевозку ненужного картона. Но если вы их не будете тратить, то телевизоры поцарапаются и вы потеряете гораздо больше. Не надо быть первопроходцами, пытаясь в большой стране развивать самостоятельно наукоемкую экономику без фундаментальной науки. Опыт показывает, что ничего не выйдет. Без развития фундаментальной науки не будет развиваться прикладная.

То есть, если вы хотите когда-нибудь продавать айфон, вам нужно сильно заранее вложиться в исследование оптики, полупроводников и так далее. Даже если вам кажется, что это совершенно бесполезно.

Да, примерно так.

Вы в нескольких интервью упоминаете временной промежуток в двадцать-тридцать лет до момента, когда мы найдем внеземную жизнь. А почему мы этого еще не сделали? Казалось бы, экзопланет нашли очень много.

Говоря о внеземной жизни, мы не говорим о разумных технических цивилизациях. Речь не идет о том, что через тридцать лет мы найдем себе братьев по разуму, они будут летать к нам в гости и мы с ними будем разговаривать по лазерному лучу. Речь идет о достоверном обнаружении присутствия форм жизни на других экзопланетах. Сделать это дистанционным способом с достаточной надежностью можно, только исследуя состав атмосфер потенциально обитаемых планет. Это просто техническая задача. Мы понимаем, какие вещества в атмосферах каких планет нам нужно искать. Современными средствами решить такую задачу мы не можем, а в ближайшие 10 лет такие технические средства в распоряжении человечества появятся.

С точностью до, в худшем случае, нескольких лет можно было предсказать, когда мы обнаружим гравитационные волны. С точностью до года можно было предсказать, когда откроют бозон Хиггса. Там была одна неизвестная. В ЦЕРН было две крупных аварии при создании и наладке коллайдера, это немного отодвинуло срок. С учетом задержки на исправление технических неполадок, они открыли бозон Хиггса в нужный срок, как и обещали. С гравитационными волнами произошло так же, у LIGO аварии не было. Осенью 2015 года они должны были выйти на плавную чувствительность и в течение нескольких месяцев наблюдений и получили результат.

Так и с внеземной жизнью. В середине 20-х годов точно появятся первые подходящие инструменты — большой сорокаметровый телескоп ELT, Extremely Large Telescope. Он будет способен обнаруживать заметное присутствие кислорода в атмосфере планет типа Земли. Если все будет нормально, совсем скоро полетит космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который тоже может обнаруживать биомаркеры в атмосферах потенциально обитаемых планет. К концу 20-х годов заработает еще один крупный телескоп. К нему через какое-то время присоединится еще один. По всей видимости, понадобится несколько лет работы каждого инструмента. Но в начале 30-х годов у нас появятся очень сильные аргументы в пользу обитаемости некоторых планет. Дальше следующее поколение телескопов и инструментов покажет больше молекул, связанных с существованием жизни.

С другой стороны, цикл космических программ по исследованию Солнечной системы составляет минимум десять лет. По всей видимости, в следующем цикле появятся проекты, которые смогут исследовать воду из подледного океана Европы, спутника Юпитера. С большой, хотя и не стопроцентной вероятностью мы можем рассчитывать на то, что в этой воде найдется что-нибудь интересное. Можно сюда добавить Марс, хотя там вероятность что-то найти меньше. Но, как бы то ни было, в масштабе двадцати-тридцати лет и в Солнечной системе, и в изучении экзопланет мы можем ожидать выхода на необходимый технический уровень.

А сейчас у нас технических возможностей для этого нет. Разве что нам должно фантастически повезти, если окажется, что в системе Альфа Центавра есть планеты земного типа в зоне обитаемости, да еще и транзитные. Но их вроде бы нет, поэтому неудивительно, что мы пока на жизнь не наткнулись.

Вы говорите о жизни, которая похожа на земную? То есть мы ищем белковую жизнь, жизнь, которая связана с кислородом?

В общем, да.

Альтернатив быть не может?

Есть целых две причины того, почему мы ищем именно планеты земного типа. Первая — потому что мы знаем, как их искать. И важно, что мы ищем на пределе возможного. Сейчас это невозможно, а через 10 лет будет очень трудно, но возможно. Это означает, что мы должны знать, что искать. Если даже есть альтернатива, мы просто не знаем, что искать, что может быть характерным следом присутствия иной жизни. Это первое и, я бы сказал, уже достаточное.

Вторая. Жизнь белкового типа, основанная на кислороде, воде и углероде, — самая естественная жизнь. Химия так устроена, астрофизика так устроена. Мы можем себе представить заменитель для кислорода, воды и углерода, но во Вселенной они встречаются реже.

Вы говорили, что громких научных прорывов, завязанных на фундаментальной физике, подтверждающих, что наши представления о Вселенной верны, на горизонте нет. Можно ли сказать, что мы знаем основные принципы, по которым устроен мир?

Утверждение, что на горизонте нет ожидаемых научных прорывов, не означает, что они не могут произойти. Просто у нас нет никаких оснований ожидать, что в ближайшее время планируемые или уже осуществляемые эксперименты радикально изменят наше представление о Вселенной. Но это равнозначно тому, как в 2019 году сказать, что на горизонте нет причин для глобальной мировой рецессии, кроме возможного конфликта с участием каких-нибудь стран, не будем называть каких. А потом — хоп, и случается пандемия. Не было ее на горизонте в 2019 году.

В 2019 году можно было сказать, что мир выглядит достаточно спокойно, глобальное потепление — наша главная проблема. Никто не верит в ядерный конфликт между Пакистаном и Индией, Ираном и Израилем. Уж тем более между США и Китаем. А потом случается нечто совершенно новое. Создание крупных экспериментальных установок или телескопов в большой науке — это процесс длительный, очень конкурентный. На мой взгляд, нет больших установок, которые создавались с мыслью: «Мы ожидаем прорыв, давайте прорвемся». Они строились для обнаружения предсказанных явлений.

Большой адронный коллайдер обнаружил бозон Хиггса и до сих пор достоверно не обнаружил ничего, что совсем бы не вписывалось в наше понимание мира. Этого все время ждут от Большого адронного коллайдера, появляются сообщения, но на самом деле пока ничего такого нет. По большому счету мы открываем то, что ожидаем открыть, пускай с некоторыми особенностями. Эти особенности интересны, но это не меняет радикально наши представления, это не революционизирует физику или астрофизику.

Мы знаем много, но это, конечно, не означает, что мы знаем все. То, что давно предсказано, но до сих пор не обнаружено, просто очень трудно обнаружить. Не исключено теоретически, что мы повысим чувствительность приборов и обнаружим нечто совсем другое. Не исключено также, что темное вещество — это не какие-то новые элементарные частицы. И если мы это докажем, это будет… Как говорил Мориарти в «Шерлоке»? «Что бы вы сейчас ни сказали, это будет “вау”». Чем бы ни оказалось темное вещество, кроме нового вида элементарных частиц, это будет «вау». Но у нас нет серьезных оснований думать, что так произойдет. Поэтому в этом смысле к ожидаемым результатам я отношусь довольно консервативно.

Можете назвать последнее крупное открытие, которое нас максимально приблизило к пониманию принципов мироустройства?

Последнее крупное и в некотором смысле неожиданное открытие — ускоренное расширение Вселенной. Это случилось недавно, в самом конце 90-х годов. Это было «вау», безусловно, но не явилось, как гром среди ясного неба. Такие модели были, обсуждались, но тем не менее в астрофизике это точно было самое существенное дополнение нашей картины мира с конца 60-х годов.

Есть еще одна задача, решение которой может нас очень сильно продвинуть. Здесь может сработать элемент везения, а не только совершенствования оборудования. Было бы здорово открыть испарение черных дыр за счет излучения Хокинга. Поскольку параметры первичных черных дыр мы знаем плохо, грубо говоря, это может произойти в любой день. Но мы не можем, к сожалению, сказать: «Нам нужно столько-то миллиардов долларов для того, чтобы через пять лет точно это открыть». Так сделать нельзя.

Как функционирует фундаментальная наука с эпистемологической точки зрения, как накапливаются математические и физические знания? Есть какая-то библиотека, информационная система, которая позволяет накапливать и структурировать знания? Допустим, вывел ты новую формулу, сделал открытие, положил на полку и знаешь, что человечество будет этим пользоваться. Где эта полка располагается?

Во всех науках способом накопления информации является публикация результатов. В этом смысле полнотекстовые библиографические базы являются такой библиотекой. Раньше это были просто библиотеки, теперь это достаточно сложные компьютерные системы.

Если мы отбросим часть гуманитарных и, наверное, социогуманитарных наук, где основным результатом труда часто является книга, то в науках естественных и в математике итог работы — это научная статья. Поэтому все оригинальные результаты публикуются в научных статьях. Речь идет не о книгах, а о журналах. Часто журнал не выходит на бумаге, только в электронном виде, у него нет номеров страниц.

Накопители научного знания — это такие базы данных. В любой науке должна происходить примерно одна и та же вещь. Человеку в голову приходит какая-то идея, и он пытается выяснить, не приходила ли она кому-то в голову раньше. Он начинает искать по библиографическим базам литературу на близкие темы и смотреть, что писали про это другие люди. Это всегда необходимо делать по двум причинам. Во-первых, вы можете найти, что кто-то уже реализовал вашу идею до вас. Во-вторых, вы обязаны свое новое открытие, свой научный результат поместить в общий контекст. В идеале вы должны сказать научному сообществу, что на определенной ветке эволюционного древа соответствующей области знания висит ваш листочек, рядом с другими листочками. Не обязательно каждый раз доходить до корня дерева — он очевиден всем, и нет смысла возводить свое исследование к Ньютону.

Но теоретически это можно сделать?

Теоретически да. Закон всемирного тяготения используют все, но никто при этом не ссылается на Ньютона. В этом смысле абсолютная слава в мире современной науки — когда твои результаты используют, но на тебя не ссылаются, а просто говорят: «Как известно...»

А как получается, что разные команды ученых приходят иногда к одному и тому же выводу, открывают один и тот же закон почти одновременно?

Теперь это происходит все чаще и чаще, потому что наука становится массовой профессией.

И если 400 лет назад вы могли быть уверены, что вы единственный человек в мире, кто думает над этой проблемой, то сегодня это почти всегда не так.

Особенно если это связано с новыми результатами. Иногда происходят «всплески», и огромное количество людей в мире начинает думать над какой-то одной идеей или явлением. Образование у всех качественно одинаковое, но есть важные детали: кто-то знает больше в одной сфере, кто-то — в другой. Это нормальный процесс, связанный с тем, что наука стала массовой.

То есть мы можем ожидать, что в ближайшие годы случатся прорывы, связанные с эпидемиологией, вирусологией?

Будучи оптимистом, я бы сказал, что да. С другой стороны, это может упереться в то, что принципиально новые вещи могут требовать очень серьезных интеллектуальных прорывов. Здесь, как говорится, девять женщин не могут родить ребенка за месяц. Например, литературные произведения сегодня пишет гораздо больше людей, чем 200 лет назад. Более того, я думаю, что сейчас живых поэтов и писателей больше, чем за всю предыдущую историю человечества. Но это в принципе не гарантирует того, что сейчас мировая литература достигнет небывалого расцвета.

В моем поколении фантастика воспринималась как передовая форма литературы, потому что имела дело с попыткой предсказать или описать то, чего еще нет. А сейчас фантастика имеет прогностическую функцию? Насколько она связана с наукой? Если вы следите за такой литературой, можете что-нибудь посоветовать?

Я, честно говоря, не слежу... Тридцать лет назад я читал фантастику, с тех пор читать ее постепенно перестал. У меня есть ощущение, что жанр научной фантастики в классическом понимании термина исчерпал себя несколько десятилетий назад. Хотя сейчас, может быть, происходит и ренессанс, а я его просто пропускаю, поэтому могу чего-то не знать. Но мне кажется, что по сравнению с периодом расцвета жанр находится в некотором кризисе. Самая большая проблема The Rolling Stones заключается в том, что были The Beatles. И в этом смысле мы можем говорить о золотом веке фантастики и сравнивать текущее состояние с ним: если бы не 60–80-е годы, то современное состояние не выглядело бы таким блеклым.

Мне кажется, многие драйверы научной фантастики пятидесятилетней давности не сработали. Все, что связано с освоением космического пространства и путешествиями во времени, явно не сработало. Проблема как раз в том, что фантасты 50 лет назад не очень следили за тем, что говорят ученые, потому что в ином случае было бы странно ожидать, что мы скоро запросто будем летать к звездам. Это в принципе правильно, мне кажется: чрезмерное внимание к техническим деталям только мешает искусству, не надо бояться фантазировать.

Мне кажется, что мы находимся в ситуации, когда фантастика обращается не столько к предсказанию будущего в смысле технических возможностей. Она рассматривает, как социум и индивидуумы будут жить в новой реальности.

Как, например, люди будут жить в мире, где не существует истинной анонимности. Тут даже не нужно ничего придумывать.

Я редко смотрю фантастические фильмы, читаю книжки, но, мне кажется, что и сегодня читать Филипа Дика гораздо интереснее, чем Андре Нортона, Брэдбери читать интереснее, чем большую часть Хайнлайна, кроме «Чужака в чужой стране». Из относительно недавних фильмов (он пятилетней давности, молодежь меня убьет) есть, например, фильм «Анон». Вот он мне кажется интересным. Его основную идею даже не надо выдумывать, это уже происходит. Мне встречалось высказывание, что раньше люди мечтали о 15 минутах известности, которые каждому дает телевидение, а в будущем люди будут мечтать о 15 минутах анонимности. Вот это интересно, на мой взгляд, исследовать. Мне кажется, что задача фантастики, скорее, в этом — то, чем раньше занимался Станислав Лем. В том же духе была совершенно замечательная книга «Хищные вещи века» братьев Стругацких. Основная идея книги потрясающая, я до этого ничего похожего не видел. Если они с нуля ее придумали, то это большое достижение. Крайне сложно придумать новый фантастический концепт. От хорошей фантастики мы ждем новых концептов и их качественного художественного воплощения. Но новые концепты, мне кажется, лежат не в области гаджетов.

Беседу вел Глеб Гавриш.