Карл Сейгън
Свят, населен с демони (25) (Науката като свещ в мрака)

Двадесет и трета глава
Максуел и многознайковците

„Защо трябва да финансираме интелектуалното любопитство?“

Роналд Рейгън, предизборна реч, 1980 г.

„Няма нищо, което в по-голяма степен да заслужава нашата подкрепа от развитието на науката и образованието. Във всяка страна познанието е най-сигурната основа за щастието на обществото.“

Джордж Вашингтон, обръщение към Конгреса, 8 януари 1790 г.

Стереотипите изобилстват. Имаме стереотипи за другите етнически групи, за гражданите на други държави и последователите на други религии, за половите и сексуалните предпочитания, за родените през различни части на годината хора (зодиакалната астрология), за различните професии. Най-благосклонното тълкувание го приписва на един вид интелектуален мързел: вместо да съдим за хората според индивидуалните им качества и недостатъци, ние се концентрираме върху едното или двете неща, които знаем за тях, и след това ги разполагаме в малък брой вече готови клетки.

Това ни спестява усилието да се замислим, на цената на извършването на дълбока несправедливост в една голяма част от случаите. Освен това по този начин следващият стереотипите човек е лишен от контакта с огромното разнообразие от хора и множеството различни начини да бъдеш човек. Дори и стереотипите да бяха верни в повечето случаи, те все пак не покриват голям брой индивидуални случаи. Човешкото разнообразие е подобно на камбановидна крива. Има средна стойност за всяко едно качество, както и известен брой хора във всяка една от двете крайности.

Част от стереотипите се дължат на това, че не обръщаме внимание на променливите и забравяме какви други фактори биха могли да оказват въздействие. Един пример — в една по-ранна епоха в науката нямаше почти никакви жени. Мнозина учени мъже бяха категорични: това доказва, че жените нямат способностите да правят наука. Тя не отговаря на техния темперамент, твърде трудна е и изисква един вид интелигентност, която жените нямат. Те са твърде емоционални, за да бъдат обективни, а можете ли да се сетите за поне една велика жена теоретик… и т.н. Оттогава насам бариерите са почнали да падат. Днес жените населяват почти всички поддисциплини на науката. Наскоро жените нахлуха и в моята собствена област — астрономията и планетарните изследвания, — започнаха да правят откритие след откритие и доказаха належащата нужда от глътка свеж въздух.

При това положение какво са пропуснали всички тези велики учени мъже от 50-те и 60-те години на XX в., които толкова авторитетно са заклеймили интелектуалните недостатъци на жените? Съвсем очевидно обществото е пречело на жените да влязат в науката, след което ги е критикувала за това, смесвайки по този начин причина и следствие.

Искате да станете астроном, госпожице? Изключено.

Защо не можете? Защото не сте подходяща.

Откъде знаем, че не сте подходяща? Ами защото никога не е имало жени астрономи.

Ако го формулираме по този прост начин, всичко изглежда абсурдно. Но замисълът на пристрастните може да бъде и по-фин. Пренебрегнатата група бива отхвърляна с измамни аргументи — понякога представени с такава увереност и такова презрение, че мнозина от нас, включително самите жертви, не виждат в тях измамния трик.

Случайните наблюдатели на срещи на скептици, както и тези, които са прегледали списъка на членовете на Комисията за научно изследване на паранормални твърдения (КНИПТ), са установили изключителното преобладаване на мъжете. Други твърдят, че най-вече жените вярват в астрологията (хороскопи има в повечето „женски“ и в много малко „мъжки“ списания), кристалите, извънсетивните възприятия и други подобни. Някои коментатори предполагат, че скептицизмът е специфично мъжко качество — праволинеен, състезателен, конфликтен и твърдоглав. Жените, от друга страна, се съгласяват по-лесно, търсят консенсуса и не проявяват интерес към това да поставят под въпрос традиционната мъдрост. Но моят личен опит е показал, че жените учени са заострили скептицизма си също толкова добре, колкото и техните колеги мъже. Това просто е част от това да си учен. Този критицизъм — ако се свежда единствено до това — е представен пред света в обичайната парцалива маскировка: ако спирате жените от това да проявяват скептицизъм и не ги учите как да бъдат скептични, то тогава със сигурност ще откриете, че много жени не са скептични. Отворете вратите и ги пуснете да влязат — тогава те са също толкова скептични, колкото сме и ние.

Една от стереотипните професии е науката. Учените са многознайковци и социални инвалиди и работят върху някакви неразбираеми неща, които не биха заинтересували нито един нормален човек — дори и ако последният реши да вложи необходимото време (което, разбира се, нито един нормален човек не би направил). Иска ви се да им кажете: „Я погледнете живота.“

Помолих една моя позната — специалистка по възрастова психология — да ми направи пълнокръвно осъвременено описание на учените многознайковци. Трябва да подчертая, че тя само изложи конвенционалните предразсъдъци, без да е задължително да ги приема.

Многознайковците закопчават коланите си точно под ребрата. Носят ризи с къси ръкави и джобове, от които стърчат огромно количество и разнообразие от многоцветни писалки и моливи. В специален калъф на колана имат голям калкулатор. Всичките имат очила с дебели стъкла и счупени рамки, залепени с изолирбанд. Нямат никакви социални умения, но или не го забелязват, или не му обръщат внимание. Когато се смеят, се чува само сумтене. Плямпат помежду си на някакъв неразбираем език. С ентусиазъм приемат идеята да изкарат допълнително точки по всеки един предмет, с изключение на физическото. Гледат надменно на нормалните хора, които от своя страна им се присмиват. Повечето многознайковци се казват Норман. (Норманското завоевание представлява тълпа от високо препасани, облечени в ризи с къси ръкави и джобове и въоръжени с калкулатори многознайковци със счупени очила, които нахлуват в Англия.) Има повече многознайковци момчета, отколкото многознайковци момичета, но има много и от двата пола. Многознайковците не излизат с момичета. Ако си многознайко, не може да си готин. Обратното също е вярно.

Това, разбира се, е стереотип. Има учени, които се обличат елегантно, които са невероятно готини, с които много хора биха искали да излязат на среща и които не носят скришом калкулатори на обществени събития. Ако ги поканите на гости вкъщи, никога не бихте познали, че са учени.

Други учени обаче повече или по-малко отговарят на стереотипа. Те наистина нямат социални умения. Възможно е да има много повече многознайковци сред учените, отколкото сред багеристите, модните дизайнери и пътните полицаи. Може би учените са по-многознаещи от барманите, хирурзите и готвачите в заведенията за бързо хранене. Защо е така? Може би хората, които нямат таланта да се разбират добре с другите, намират убежище в безлични занимания, най-вече в математиката и природните науки. Може би сериозното изследване в тези трудни области изисква толкова много време и такава всеотдайност, че просто не ти остава възможност да усвоиш нещо повече от обичайните учтивости. Може би става въпрос за комбинация от двете.

Подобно на образа на лудия учен, с който е тясно свързан, стереотипът на учения многознайко се шири в нашето общество. Нима има нещо лошо в малко добросърдечен хумор за сметка на учените? Ако — по каквато и да било причина — хората не харесват стереотипните учени, то те е много по-малко вероятно да подкрепят науката. Защо да финансираме някакви ненормалници, за да се занимават с абсурдните си и неразбираеми малки нещица? Е, знаем какъв е отговорът: науката получава подкрепа, защото — както вече изтъкнах по-рано — осигурява забележителни блага на всички нива на обществото. Затова хората, които не харесват многознайковците, но в същото време копнеят за продуктите на науката, са изправени пред един вид дилема. Едно изкушаващо решение на проблема е да се направляват заниманията на учените. Не им давайте пари да се отклоняват по техните си странни пътища. Вместо това им кажете, от какво имаме нужда — това изобретение или онзи процес. Финансирайте не любопитството на многознайковците, а това, което ще е от полза за обществото. Изглежда толкова просто.

Проблемът се състои в това, че да наредиш на някой да се захване и да направи точно определено изобретение, не ти гарантира резултат дори и цената да не е пречка. Възможно е да има някакво късче познание, което не е налице и без което никой никога няма да създаде замисленото от вас изобретение. А историята на науката показва, че често не можете да тръгнете направо към въпросното късче познание. То може да се пръкне от мързеливите мисли на някой самотен младеж, който се шляе някъде навън. Може да бъде отхвърлено дори и от другите специалисти и понякога е необходимо да се появи цяло ново поколение учени. Да се поощряват големи практични изобретения и в същото време да се възпират водените от любопитството проучвания, ще се окаже удивително непродуктивно.

 

 

Да предположим следното. По Божията воля вие сте Виктория, кралица на Обединеното кралство на Великобритания и Ирландия и защитник на вярата. Британската империя е в славната епоха на своя най-голям просперитет. Картите на света изобилстват от британско червено. Ръководите водещата световна сила в областта на технологиите. Във Великобритания е усъвършенствана парната машина (най-вече от шотландски инженери), която осигурява техническата адекватност на железниците и параходите, които свързват в едно империята.

Да предположим, че през 1860 г. ви хрумва толкова невероятна и дръзка идея, че дори издателят на Жул Верн би я отхвърлил. Искате машина, която ще внесе гласа ви — както и живия образ на имперската слава — във всеки дом в кралството. Нещо повече — звуците и образите не трябва да идват по проводници или жици, а някак си от въздуха, така че хората във фабриките и по полята да могат на момента да получат вдъхновяващи послания, които да подсигурят тяхната лоялност и работна етика. Тази машина ще може да пренася и Божието слово. Без съмнение ще се намерят и други желани приложения.

И така, с подкрепата на министър-председателя вие събирате кабинета, генералския състав на империята и водещите учени и инженери. Обещавате да им отпуснете един милион лири — огромна сума за 1860 година. Ако имат нужда от повече, само да кажат. Не ви интересува как ще го постигнат — само да стане. А, да не забравя — ще носи името Проект „Уестминстър“.

Вероятно от едно подобно начинание ще се родят някои полезни изобретения — един вид странични продукти. Винаги се случва така, когато влагате огромни суми пари в развитието на технологията. Но Проектът „Уестминстър“ почти със сигурност ще се провали. Защо? Защото необходимите за осъществяването му научни открития все още не са направени. През 1860 г. телеграфът вече съществува. В краен случай можете да си представите телеграфни апарати във всеки дом и хората, които почукват съобщения на морзовата азбука. Но кралицата не иска това. Тя има предвид радиото и телевизията, но по това време те са абсолютно немислими.

В истинския свят необходимата за изобретяването на радиото и телевизията наука ще дойде от посока, която никой не би могъл предвиди.

Джеймс Кларк Максуел е роден през 1931 г. в Единбург, Шотландия. На двегодишна възраст той открива, че с помощта на калаена чиния може да хвърля отражение на слънцето върху мебелите и да го кара да танцува по стените. Когато неговите родители дотичали да видят какво става, той извиква: „Вижте слънцето! Хванах го с калаената чиния!“ През детските си години е очарован от буболечките, личинките, камъните, цветята, лещите, машините. „Беше унизително — ще си спомни по-късно леля му Джейн — едно малко дете да ти задава толкова много въпроси, на които не можеш да отговориш.“

Съвсем естествено по времето, когато тръгва на училище, той вече е получил прякора „Гламчо“ — „гламав“ в смисъл на не особено добре с главата. Максуел е изключително привлекателен млад мъж, но се облича небрежно — повече за удобство, отколкото за да изглежда добре, — а провинциалните шотландски черти в речта и обноските му са причина за подигравки, особено когато стига до колежа. Освен това има странни интереси. Максуел е многознайко.

С учителите се разбира съвсем малко по-добре, отколкото със съучениците си. Ето едно красноречиво стихче, което съчинява по това време:

И годините минават и ще дойде просветление —

да налагаш с пръчка момченца е престъпление.

Много години по-късно, през 1872 г., той ще намекне за стереотипа на многознайкото в своята встъпителна лекция като професор по експериментална физика в университета в Кеймбридж:

„Не беше толкова отдавна, когато всеки човек, който се беше посветил на геометрията или на която и да било изискваща постоянни усилия наука, неизменно беше гледан от околните като мизантроп — като някой, който със сигурност е изоставил всички човешки интереси и се е отдал на абстракции, толкова далечни от света на живота и действието, че е станал безчувствен както към съблазънта на удоволствията, така и към зова на дълга.“

Подозирам, че „не беше толкова отдавна“ е начинът, който Максуел е избрал да си припомни своите младежки преживявания. След това той продължава:

„Понастоящем хората на науката не будят нито същото благоговение, нито същата подозрителност. Предполага се, че те са в крак с материалния дух на епохата и че образуват нещо като напреднала Радикална партия сред хората на познанието.“

Вече не живеем във време на безрезервен оптимизъм по адрес на облагите от науката и технологиите. Разбираме, че има и обратна страна. Днес обстоятелствата са много по-близки до това, което Максуел си спомня от своето детство.

Той прави огромен принос към астрономията и физиката — от окончателното доказателство за това, че пръстените на Сатурн се състоят от малки частици, до еластичните свойства на твърдите тела и дисциплините, които днес са известни като кинетична теория за газовете и статистическа механика. Той първи показва, че огромен брой малки молекули, които се движат самостоятелно, непрекъснато се блъскат една в друга и еластично отскачат, води не до объркване, а до точни статистически закони. Свойствата на подобен газ могат да бъдат разбрани и предсказани. (Днес камбановидната крива, която описва скоростите на молекулите в газа, се нарича разпределение на Максуел-Болцман.) Той измисля едно митично същество, наричано понастоящем „демона на Максуел“. Действията на това същество предизвикват парадокс, за чието разрешаване бяха необходими съвременната теория за информацията и квантовата механика.

Природата на светлината е загадка още от античността. Водят се ожесточени дебати относно това дали е частица или вълна. Популярните дефиниции стигат до неща от сорта на „светлината е тъмнина — само че запалена“. Най-големият принос на Максуел е неговото откритие, че електричеството и магнетизмът се обединяват и се превръщат в светлина. Дължим му съвременното конвенционално разбиране за електромагнитния спектър — чиито дължини на вълната тръгват от гама-лъчите, минават през рентгеновите лъчи, ултравиолетовата светлина, видимата светлина и инфрачервената светлина и стигат до радиовълните. Същото се отнася за радиото, телевизията и радарите.

Само че Максуел не търси нито едно от тези неща. Той се интересува от това как електричеството създава магнетизъм и обратното. Искам да опиша какво е направил Максуел, но неговото историческо постижение изисква твърде много математика. В рамките на няколко страници бих могъл да ви предложа само лек привкус. Моля ви да проявите малко търпение, ако не разберете напълно това, което ще ви кажа. Просто няма начин да усетим какво е направил Максуел, ако не се занимаем с малко математика.

Месмер — изобретателят на „месмеризма“ — е вярвал, че е открил някакъв магнитен флуид — „почти същия като електрическия флуид“, — който изпълва всички неща. Тук той греши. Сега вече знаем, че няма специален магнитен флуид и че целият магнетизъм — включително силата, заключена в един подковообразен магнит, — се дължи на електрическото движение. Датският физик Ханс Кристиян Оерстед е провел един малък експеримент, в който протичащото по проводник електричество кара стрелката на поставен наблизо компас да се отклонява и да трепти. Проводникът и компасът нямат физически контакт помежду си. Големият британски физик Майкъл Фарадей е направил един допълнителен опит. Той накарал магнитната сила да се включва и изключва, като по този начин генерирал електрически ток в разположения наблизо проводник. Променящото се във времето електричество по някакъв начин е успяло да се протегне извън проводника и да генерира магнетизъм, а променящият се във времето магнетизъм някак си е успял да се протегне извън магнита и да генерира електричество. Това е наречено „индукция“ и се възприема като нещо изключително загадъчно, близко до магията.

Фарадей предполага, че магнитът има невидимо „поле“ или сила, която се простира върху околното пространство — по-силна близо до магнита и по-слаба далеч от него. Можете да проследите формата на полето, като пръснете железни стружки върху лист хартия и да прекарате магнит отдолу. По същия начин, ако срешете добре косата си през някой ден с ниска влажност, тя ще генерира невидимо електрично поле, което се разпростира около главата ви и може дори да накара малки парченца хартия да се движат от само себе си.

Сега вече знаем, че електричеството в проводника се дължи на свръхмикроскопични частици с електрически заряд, наречени електрони, които реагират на електрическото поле и се движат. Проводниците се изработват от материали като медта, която има много свободни електрони — такива, които не са вързани в атомите, ами могат да се движат. За разлика от медта обаче, повечето материали — например дървото — не са добри проводници. Вместо това те са изолатори или „диелектрици“. В тях има сравнително малко свободни електрони, които да се движат под въздействието на някое електрическо или магнитно поле. Не се получава голям ток. Разбира се, има някакво насочено движение или „разместване“ на електрони и колкото по-голямо е електрическото поле, толкова по-голямо е това движение.

Максуел измисля начин, по който да запише всички неща, които по това време са известни за електричеството и магнетизма — метод за обобщаването на същите тези експерименти с проводниците, токовете и магнитите. Ето как изглеждат четирите уравнения на Максуел за поведението на електричеството и магнетизма в материята:

Ако искате наистина да разберете тези уравнения, ще ви трябват две години физика в университета. Те са написани, като е използван един клон на математиката, наречен векторно смятане. Казано просто, вектор е всяка количествена величина, която има големина и посока. Сто километра в час не са вектор, но сто километра в час право на север по Магистрала 1 са. E и B представят електрическото и магнитното поле. Триъгълникът, който се нарича „набла“ (тъй като донякъде прилича на един вид близкоизточна арфа), изразява как електрическото или магнитното поле се променя в триизмерно пространство. Точката и хиксчето след наблата представят два различни вида пространствено колебание.

Ė и Ḃ представят времевото колебание — темповете на промяна на електрическите и магнитните полета. j замества електрическия ток. Малката гръцка буква ρ (ро) представя плътността на електрическите заряди, а ε₀ (произнася се „епсилон нула“) и μ₀ (произнася се „мю нула“) не са променливи — те са свойства на субстанцията, в която се измерват E и B. Определят се експериментално. Във вакуум ε₀ и μ₀ са константи в природата.

Като се има предвид колко много количествени величини са събрани в тези уравнения, просто е удивително колко са прости. Те биха могли да заемат много страници, но не е така.

Първото от четирите уравнения на Максуел показва как вследствие от електричните заряди (например електрони) едно електрично поле се изменя в пространството (колкото по-далеч отиваме, толкова повече то отслабва). Но колкото по-голяма е плътността на заряда (например колкото повече електрони има в дадено пространство), толкова по-силно е полето.

Второто уравнение ни казва, че не съществува сравнимо твърдение по отношение на магнетизма, тъй като магнитните „заряди“ (или още магнитните „монополи“) на Месмер не съществуват. Ако разрежете един магнит на две, няма да имате изолиран „северен“ полюс и изолиран „южен“ полюс; всяко парче ще има свои собствени „северен“ и „южен“ полюс.

Третото уравнение ни казва как променящото се магнитно поле индуцира електрично поле.

Четвъртото описва обратното — как едно променящо се електрично поле (или електрически ток) индуцира магнитно поле.

Четирите уравнения се явяват есенцията на продължили поколения лабораторни експерименти, провеждани основно от британски и френски учени. Уравненията представят точно и квантитативно това, което аз описах тук общо и квалитативно.

След това Максуел си задава един странен въпрос. Как ще изглеждат тези уравнения в празно пространство, във вакуум, в място, където няма електрични заряди и не протича електрически ток? Спокойно бихме могли да очакваме, че във вакуума няма електрични и магнитни полета. Вместо това той предполага, че правилната форма на уравненията на Максуел за поведението на електричеството и магнетизма в празно пространство е следната:

Той определя ρ като равно на нула, като по този начин показва, че няма електрически заряди. Той освен това определя и ϳ като равно на нула — т.е. не протича електрически ток. Той обаче не премахва последния член на четвъртото уравнение — μ₀ε₀E, слабото насочено движение на електрони в изолатори.

Защо? Както виждате от уравненията, интуицията на Максуел запазва симетрията между магнитните и електричните полета. Той предполага, че дори и във вакуум — при пълно отсъствие на електричество и дори на материя — едно променящо се магнитно поле поражда електрично поле и обратното. Уравненията трябва да изобразяват природата, а Максуел вярва, че природата е красива и елегантна. (Има и още една, по-техническа причина за запазването на разместването на електрони във вакуум, която тук ще пропуснем.) Тази отчасти естетическа преценка на един физик многознайко — напълно неизвестна, като се изключат още няколко академични учени, — е направила повече от който и да било президент или министър-председател за формирането на нашата глобална цивилизация.

Накратко, четирите уравнения на Максуел за вакуума казват, че: 1) във вакуума няма електрични заряди, 2) във вакуума няма магнитни монополи, 3) едно променящо се магнитно поле поражда електрично поле и 4) обратното.

Когато уравненията бъдат изписани по този начин, Максуел вече е готов да покаже, че E и B се разпространяват през празно пространство подобно на вълни. Нещо повече — той е в състояние да изчисли скоростта на вълната. Тя е равна на 1 разделено на корен квадратен от ε₀ и μ₀. Но ε₀ и μ₀ вече са измерени в лабораторията. Когато вкарате и числовите стойности, откривате, че електричните и магнитните полета би трябвало да се разпространяват във вакуум със същата скорост, която — колкото и да е странно — вече е измерена за светлината. Близостта е твърде голяма, за да е случайна. И така внезапно и много смущаващо се оказва, че електричеството и магнетизмът са дълбоко вплетени в природата на светлината.

Тъй като сега вече изглежда, че светлината се държи като вълна и произхожда от електрични и магнитни полета, Максуел я нарича електромагнитна. Оказва се, че тези объркващи експерименти с батерии и проводници имат нещо общо с блясъка на слънцето, с това как виждаме и какво е светлината. Много години по-късно Айнщайн размишлява върху откритието на Максуел и пише следното: „Много малко хора на света са били удостоени с подобно изживяване.“

Самият Максуел е смаян от резултатите. Вакуумът сякаш действа като диелектрик. Той казва, че може да бъде „електрически поляризиран“. Тъй като живее в механична епоха, Максуел се чувства длъжен да предложи някакъв механичен модел за разпространяването на електромагнитните вълни в абсолютен вакуум. Затова той си представя пространство, което е пълно с невидима субстанция — нарича я етер. Етерът поддържа и съдържа променящите се във времето електрични и магнитни полета — нещо като потръпващо, но невидимо желе, което изпълва вселената. Трептенето на етера е причината светлината да може да преминава през него — точно както водните вълни се разпространяват във водата, а звуковите — във въздуха.

Само че този етер трябва да е някаква много странна субстанция — много рядък, призрачен, почти безтелесен. Слънцето и Луната, планетите и звездите трябва да могат да минават през него, без да забавят движението си, без въобще да го забележат. И все пак той трябва да е достатъчно гъст, за да могат всички тези вълни да се разпространяват през него с невероятна скорост.

Думата „етер“ все още се употребява, макар и безсистемно — в английския най-вече в прилагателното ethereal „етерен“ — витаещ в етера. Има същото значение, като по-модерното spacey и spaced out — „отнесен“ (намиращ се под въздействието на наркотични вещества). Когато в ранните дни на радиото говорителите са казвали „on the air“ — „във въздуха“ — всъщност са имали предвид етера. (Руският израз означава буквално „в етера“ — „в ефире“.) Но, разбира се, радиовълните спокойно преминават през вакуум, което е и един от основните резултати на Максуел. Те нямат нужда от въздух, за да се разпространяват. Ако въобще има някакво значение, наличието на въздух е пречка.

След още четиридесет години цялата идея за светлината и материята, които се движат през етера, ще доведат до Айнщайновата специална теория за относителността (E = mc²) и до още много други неща. Относителността и довелите до нея експерименти показват категорично, че няма етер, който да поддържа разпространението на електромагнитните вълни. Това пише Айнщайн в цитирания във втора глава пасаж от неговата знаменита статия. Вълната се движи от само себе си. Променящото се електрично поле поражда магнитно поле; променящото се магнитно поле поражда електрично поле. Те са неразделно свързани едно с друго.

Много физици бяха дълбоко потресени от гибелта на „светоносния“ етер. Те имаха нужда от някакъв механистичен модел, който да направи цялата представа за разпространението на светлината във вакуум смислена, правдоподобна и разбираема. Но това е нещо като патерица — симптом на трудностите, които изпитваме при проучването на области, където здравият разум вече не може да ни послужи. Ето как го описва физикът Ричард Фейнман:

„Днес вече разбираме по-добре, че това, което има значение, са самите уравнения, а не използваният за тяхното формулиране модел. Можем само да се запитаме дали уравненията са верни или не. Отговор ни дават експериментите, а безброй много експерименти са потвърдили уравненията на Максуел. Ако разрушим скелето, което той е използвал, за да ги построи, ще открием, че красивата постройка на Максуел стои от само себе си.“

Но какви са тези променящи се във времето електрични и магнитни полета, които изпълват целия космос? Какво означават Ė и Ḃ? Чувстваме се толкова по-удобно с неща, които се докосват и поклащат, подръпват и побутват, отколкото с някакви „полета“, които магически местят предмети на разстояние, или с чисти математически абстракции. Но, както изтъква Фейнман, усещането ни, че поне в ежедневния живот можем да разчитаме на солидния и веществен физически контакт — например за да си обясним защо ножът за масло идва към нас, когато го вдигнем от масата — е погрешно. Какво означава да имаш физически контакт? Какво точно се случва, когато вземеш един нож, залюлееш махало или правиш вълнички във водното легло, като периодично го натискаш надолу? Когато се задълбочим в изследването на тези явления се оказва, че няма физически контакт. Вместо това електрическите заряди на ръката ви влияят на електрическите заряди на ножа, махалото или водното легло и обратното. Въпреки ежедневния опит и здравия разум, дори и в този случай става дума единствено за взаимодействието на електрични полета. Нищо не се докосва.

Нито един физик не е тръгнал от раздразнението си от общоприетите истини и с желанието да ги замести с някакви математически абстракции, които могат да бъдат разбрани единствено посредством изящна теоретична физика. Вместо това те са започнали като всички нас — от удобните и стандартни постановки на здравия разум. Проблемът е, че природата отказва да им се подчинява. Ако престанем да настояваме на своите представи за това как природата трябва да се държи, а вместо това се изправим пред нея с отворен и възприемчив разум, ще открием, че здравият разум често не действа. Защо? Защото представите ни за това как функционира природата — наследствени или придобити — са изковани през милионите години, в които нашите предци са били ловци и събиратели. В този случай здравият разум е надежден водач, тъй като животът на нито един ловец не е зависел от разбирането на променливите електрични и магнитни полета. Не е имало еволюционни наказания за непознаването на уравненията на Максуел. В наше време нещата стоят различно.

Уравненията на Максуел показват, че бързо променящите се електрични полета (при които E е голямо) трябва да генерират електромагнитни вълни. През 1888 г. немският физик Хайнрих Херц провежда експерименти и открива, че е генерирал нов тип радиация — радиовълните. Седем години по-късно британски учени в Кеймбридж предават радиосигнал на разстояние от един километър. През 1901 г. италианецът Гулиелмо Маркони използва радиовълните, за да общува с отсрещния бряг на Атлантика.

Икономическото, културното и политическото обединяване на модерния свят — посредством излъчватели, ретранслаторни кули и комуникационни спътници — може да се проследи директно до преценката на Максуел да включи насоченото движение на електрони в своите уравнения за вакуума. Същото се отнася и за телевизията, която толкова несъвършено ни напътства и развлича; радарът, който може да е бил решаващият фактор в битката за Британия и нацисткото поражение във Втората световна война (тук обичам да си представям, как „Гламчо“ — момчето, което е различно, — протяга ръка напред в бъдещето и спасява потомците на своите мъчители); управлението и навигацията на самолетите, корабите и космическите апарати; радиоастрономията и търсенето на извънземен разум; както и важни аспекти на електрическата и микроелектронната индустрия.

Нещо повече — създадените от Фарадей и Максуел представи за полетата имат огромно влияние върху разбирането на атомното ядро, квантовата механика и фината структура на материята. Направеното от Максуел обединение на електричество, магнетизъм и светлина в едно единно математическо цяло е вдъхновение за по-късни опити — някои успешни, други все още в начален стадий — да бъдат обединени в една голяма теория всички аспекти на физическия свят, включително гравитацията и ядрените сили. Ще бъде справедливо да кажем, че Максуел слага началото на епохата на модерната физика.

Ето как Ричард Фейнман описва настоящата ни представа за тихия свят на променливите електрични и магнитни вектори на Максуел:

„Опитайте се да си представите как изглеждат електричните и магнитните полета в пространството на тази лекционна зала. На първо място съществува постоянното магнитно поле; то идва от електрическите сили във вътрешността на Земята — т.е. това е постоянното магнитно поле на планетата. Освен това има неправилни, почти статични електрични полета, дължащи се може би на електричните заряди, които се получават, когато различни хора се въртят на столовете си и търкат ръкавите на саката си в облегалките. Съществуват и други магнитни полета, които са генерирани от колебанията на тока в електрическата мрежа — полета, които варират с честота от около 60 цикъла в секунда, в синхрон с генератора на електроцентралата «Болдър Дам». Но по-интересни са електричните и магнитни полета, които варират при по-високи честоти. Например, докато светлината изминава разстоянието от прозореца до пода и от едната стена до другата, се наблюдават малки колебания в електричните и магнитните полета, които се движат с около 300 000 километра в секунда. Освен това има и инфрачервени вълни, които се движат от горещите чела към студената черна дъска. Забравили сме и ултравиолетовата светлина, рентгеновите лъчи и радиовълните, които преминават през помещението.

През стаята летят и електромагнитни вълни, които носят музиката на някоя джазова група. Има вълни, които са модулирани от поредица импулси, представящи образи на събития от други краища на света (или на въображаеми аспирини, които се разтварят във въображаеми стомаси). За да докажем реалността на тези вълни, само трябва да включим електронното оборудване, което ги превръща в образи и звуци.

Ако навлезем в още по-големи подробности и анализираме дори и най-малките колебания, ще открием съвсем слаби електромагнитни вълни, които идват в стаята от огромни разстояния. Също така има и леки трептения на електричното поле, разстоянието между чиито гребени е тридесет сантиметра и които идват от милиони километри — излъчени към Земята от космическия апарат «Маринър» [2], който тъкмо е подминал Венера. Неговите сигнали носят обобщение на информацията, която той е събрал за планетите (информация, която е придобита от електромагнитните вълни, достигнали до апарата от планетата).

Има съвсем мънички колебания в електричните и магнитните полета, предизвикани от вълни, които са били породени на милиарди светлинни години оттук. Те идват от галактиките в най-далечните краища на вселената. Че това е така, може да бъде доказано, като «напълним стаята с жици» — като конструираме антена с размерите на помещението. Подобни радиовълни са засечени да идват от места в космоса, които са извън обхвата дори на най-големите оптични телескопи. Дори и те — оптичните телескопи — не са нищо повече от събирачи на електромагнитни вълни. Това, което наричаме звезди, са просто дедукции, направени въз основа на единствената физическа информация, която имаме за тях — въз основа на внимателното изследване на безкрайно сложните колебания на електричните и магнитните полета, които стигат до нас тук на Земята.

Разбира се, има и още: полетата, генерирани от падналата на километри оттук мълния, полетата на заредените космически частици, които преминават през стаята, и още и още. Колко сложно нещо е електричното поле в пространството около вас!“

Дори ако кралица Виктория наистина беше свикала заседание на своите съветници и им беше заповядала да изобретят някакъв еквивалент на радиото и телевизията, все пак изглежда невероятно някой от тях да би могъл да си представи пътя към него, който минава през експериментите на Ампер, Био, Оерстед и Фарадей, четирите уравнения с векторно смятане и преценката да се запази насоченото движение на електрони във вакуум. Според мен нямаше да стигнат доникъде. Междувременно самичък и воден само от любопитството, без да струва на правителството почти нищо и без да знае, че поставя основите на Проекта „Уестминстър“, „Гламчо“ напредва. Съмнително е дали склонният към самоизолация и асоциален г-н Максуел въобще би бил подготвян да направи подобно изследване. Дори и да беше така, вероятно правителството щеше да му казва за какво да мисли и за какво не, като по този начин по-скоро щеше не да подпомогне, а да попречи на голямото му откритие.

Към края на живота си Максуел има един разговор с кралица Виктория. Предварително той се тревожи — най-вече относно способността си да представя наука на неспециалист, — но кралицата е разстроена и разговорът е кратък. Подобно на четиримата други големи британски учени в новата история — Майкъл Фарадей, Чарлс Дарвин, П. А. М. Дирак и Франсис Крик — Максуел не получава рицарско звание (въпреки че то е дадено на Лайъл, Келвин, Дж. Дж. Томсън, Ръдърфорд, Едингтън и Хойл от следващата група). В случая с Максуел не съществува дори извинението, че той би могъл да има мнение, различно от това на Англиканската църква. Той е абсолютно конвенционален християнин за това време, по-вярващ от повечето. Може би проблемът е в неговото многознайство.

Средствата за масово осведомяване — оръдията на образованието и забавлението, станали възможни благодарение на Джеймс Кларк Максуел — никога, поне доколкото на мен ми е известно, не са предложили дори и минисериал върху живота и работата на своя благодетел и основоположник. За сметка на това си помислете колко е трудно да израснеш в Америка, без телевизията да те запознае например с живота и времето на Дейви Крокет, Били Хлапето или Ал Капоне.

Максуел се жени млад, но връзката, изглежда, остава както без страст, така и без деца. Любовта му е запазена за науката. Този основател на съвременната ера умира през 1879 г. на 47 години. Макар че популярната култура почти напълно го е забравила, радарните астрономи, които картират други светове, са запазили спомена: най-голямата планинска верига на Венера — открита посредством изпращането на радиовълни от Земята и засичането на слабото отразено от Венера ехо — е кръстена на негово име.

 

 

По-малко от век след като Максуел предсказва радиовълните, е поставено началото на първото търсене на сигнали от евентуални цивилизации по планети около други звезди. Оттогава насам са проведени редица подобни проучвания, някои от които споменах и по-рано. Те търсят променящи се във времето електрически и магнитни полета, преминали през огромните междузвездни пространства, които ни делят от някакви други видове разум. Биологично те биха могли да са много различни от нас, но в някакъв момент от своите истории може също да са се възползвали от прозренията на местните съответствия на Джеймс Кларк Максуел.

През октомври 1992 г. в пустинята Мохаве и в една карстова долина в Пуерто Рико поставихме началото на далеч най-обещаващото, мощно и всеобхватно търсене на извънземен разум (проекта СЕТИ). За първи път НАСА щеше да се заеме да организира и ръководи програмата. В продължение на десет години цялото небе щеше да бъде изследвано с безпрецедентно чувствителни уреди и широк диапазон на честотите. Ако на някоя планета около която и да било от четиристотинте милиарда звезди, които образуват Млечния път, би имало някой, който да ни е изпратил радиопослание, може би имахме доста добър шанс да го чуем.

Точно една година по-късно Конгресът дръпна шалтера. СЕТИ не е програма от първостепенно значение; интересът от нея е ограничен; твърде скъпа е. Но всяка една цивилизация в човешката история е посвещавала част от ресурсите си на изследването на дълбоките въпроси на вселената, а не мога да се сетя за по-дълбок въпрос от този дали сме сами. Дори и никога да не успеехме да разшифроваме съдържанието на посланието, получаването на подобен сигнал щеше да трансформира представата ни за вселената и за самите нас. А ако бихме могли да разберем съобщение на някаква развита техническа цивилизация, практическите ползи биха били безпрецедентни. Програмата СЕТИ далеч не е с малка основа — освен че се радва на енергичната подкрепа на научната общност, тя има своето място и в популярната култура. Интересът към това начинание е широк и траен и има своите сериозни основания. Освен това програмата далеч не е скъпа — тя би струвала около един боен хеликоптер годишно.

Чудя се защо тези членове на Конгреса, които толкова са се загрижили за цените, не обърнат по-голямо внимание на Министерството на отбраната. Въпреки че Съветският съюз вече не съществува, а Студената война свърши, то продължава да харчи — като се сметнат всички разходи — доста над 300 милиарда долара годишно. (А в други сфери на управлението има много програми, които носят приходи на богатите.) Може би нашите потомци ще погледнат назад към нас и ще се удивят — притежавали сме технологията да открием други същества, но сме запушили ушите си, тъй като вместо това сме настоявали да харчим националното богатство за защита от враг, който вече не съществува.^[1]

Физикът от Калифорнийския технологичен институт Дейвид Гудстейн отбелязва, че науката се развива почти експоненциално вече от векове и че не може да продължи с това си разрастване — защото тогава всеки човек на планетата ще трябва да стане учен и тогава вече растежът в крайна сметка ще спре. Той предполага, че по тази причина — а не заради някакво фундаментално разочарование от науката — през последните десетилетия се усеща чувствително забавяне в темповете на увеличение на финансирането в тази област.

Въпреки това аз се тревожа как средствата се разпределят. Боя се, че спирането на правителственото финансиране за СЕТИ е част от определена тенденция. Правителството притиска Националната научна фондация да се отдръпне от основните научни изследвания и да подкрепи технологията, инженерните специалности и техните приложения. Конгресът предлага да се закрие Геологичната служба на САЩ и да се прекрати подкрепата за изследването на крехката околна среда на планетата. Отпусканите на НАСА средства за изследване и анализ на вече получени данни стават все по-ограничени. Много млади учени не само че не могат да намерят финансиране за своите проучвания — те не могат да си намерят работа.

През последните години се забелязва и мащабно забавяне в спонсорираните от американските компании промишлени изследвания и развитие. В същия период отслабва и правителственото финансиране в тези области. (През 80-те години на XX в. се наблюдава засилване единствено във военните изследвания и развитие.) Понастоящем по годишно изразходвани средства Япония е световен лидер в гражданските изследвания. В такива области като компютрите, телекомуникационното оборудване, аеронавтиката, роботиката и прецизната научна апаратура относителният дял на американските експорти намалява, а японският се увеличава. В същия период Съединените щати отстъпиха на Япония водещото място в повечето полупроводникови технологии. Наблюдава се сериозно отстъпление в американския пазарен дял на такива стоки като цветни телевизори, видеокасетофони, фонографи, телефони и механизирани инструменти.

Базовите изследвания са областта, където учените са свободни да следват любопитството си и да разпитват природата — без някаква краткосрочна практическа цел, а в търсене на познанието заради самото него. Разбира се, учените имат запазени интереси в подобни проучвания. Това е нещото, което те обичат да правят, а в много случаи и основната причина въобще да станат учени. Но обществото има интерес да подкрепя тези техни изследвания. По този начин са направени по-голямата част от важните открития, от които човечеството днес се ползва. Кое е по-добра инвестиция — няколко големи и амбициозни научни проекта или по-голям брой малки програми — е въпрос, който си струва да зададем.

Рядко сме достатъчно умни, за да можем целенасочено да се заемем да правим открития, които ще засилят нашата икономика и ще направят живота ни по-сигурен. Често ни липсват основни изследвания. Вместо това следваме широк диапазон от проучвания върху природата и в резултат се появяват приложения, за които никога не сме и мечтали. Невинаги, разбира се. Но достатъчно често.

Да се дадат пари на Максуел, може би е изглеждало като най-абсурдното поощрение на движената единствено от „любопитството“ наука. Практичните законодатели биха го възприели като непредпазлива преценка. Защо да се дават пари — за да могат някакви приказващи неразбираеми неща учени многознайковци да си гледат хобитата, — като в същото време чакат толкова много спешни национални нужди? От тази гледна точка е лесно да се разбере твърдението, че науката е само поредното лоби, още една упражняваща натиск група, която се опитва да си запази субсидията, — за да не им се наложи на учените да поработят по-сериозно или да се сблъскат с ведомостта.

Максуел не е мислел за радиото, радарите и телевизията, когато за първи път е нахвърлил фундаменталните уравнения на електромагнетизма; Нютон не е мечтаел за космически полети и комуникационни спътници, когато за първи път е проумял движението на Луната; Рентген не е имал предвид медицинската диагностика, когато е проучвал проникващата радиация, която му се е сторила толкова загадъчна, че я кръстил „X-лъчи“; Мария Кюри не мислела за лечението на раковите заболявания, когато старателно е извличала миниатюрни количества радий от тонове уранит; Флеминг не си е поставял за цел да спаси живота на милиони хора, когато е забелязал свободно от бактерии кръгче около петно плесен; Уотсън и Крик не са си представяли лек за наследствените заболявания, когато са се чудели над рентгеновото разлагане на ДНК; Роланд и Молина не са имали за цел да установят значението на хлорофлуоровъглеродните съединения за изтъняването на озоновия слой, когато са започнали да изследват ролята на халогенните вещества в стратосферната фотохимия.

От време на време членовете на Конгреса и други политически лидери просто не могат да се въздържат да не се присмеят на предложения за на пръв поглед маловажни научни изследвания, които правителството е помолено да подпомогне. Дори един толкова интелигентен сенатор като Уилям Проксмайър, който е завършил Харвард, се е заел да раздава епизодични награди „Златното руно“. Много от тях честват привидно безполезни научни проекти, включително програмата СЕТИ. Представям си същия дух при предходните управления — някой си г-н Флеминг иска да изследва буболечките във вмирисано сирене; някаква полякиня иска да пресее тонове централноафриканска руда, за да извлече миниатюрни количества от вещество, което според нея ще свети на тъмно; някой си г-н Кеплер иска да чуе песните, които планетите пеят.

Тези открития, както и множество други — които красят и характеризират нашата епоха и на някои от които дължим дори живота си, — са направени от учени, получили възможността да изследват това, което по тяхно мнение (и под строгия поглед на колегите им) са били основни въпроси в природата. Промишлените приложения, в които Япония толкова много е напреднала през последните две десетилетия, са прекрасни. Но приложения на какво? Фундаменталните проучвания и търсенето в сърцето на природата са средствата, осигуряващи ни нови познания, които да приложим.

Учените са длъжни — особено когато искат много пари — да обяснят много ясно и почтено какво точно търсят. Свръхпроводимият свръхускорител (ССУ) щеше да бъде водещият инструмент в световен мащаб за проучването на фината структура на материята и природата на ранната вселена. Цената му беше изчислена на между 10 и 15 милиарда долара. Проектът беше прекратен от Конгреса през 1993 г., когато вече бяха похарчени около 2 милиарда долара — най-лошия завършек и за двете страни. Но според мен този дебат не се отнасяше толкова до намаляващия интерес към финансирането на науката. Малцина конгресмени разбираха за какво служат модерните високоенергийни ускорители. Това не са оръжия. Нямат практическо приложение. Служат на нещо, което мнозина възприемат като тревожно — „теорията за всичкото“. Обясненията, в които се говори за кварки, чар, аромати, цветове и т.н., звучат все едно учените се опитват да се правят на хитри. Цялото нещо е обвито в някаква аура — поне според възгледите на някои от хората в Конгреса, с които аз говорих — на „пощурели многознайковци“. Предполагам, че това е един по-груб начин да бъде описана движената единствено от любопитството наука. Нито един от хората, от които беше поискано да платят за проекта, нямаше и най-малката представа за това какво е бозонът на Хигс. Прочетох някои от материалите, които трябваше да защитят ССУ. В крайна сметка някои от тях не бяха толкова зле, но нямаше нищо, което да обяснява неговата същност на ниво интелигентни, но скептични нефизици. Ако физиците искат между 10 и 15 милиарда долара, за да построят машина без практическа стойност, то от тях се очаква най-малкото да положат много сериозни усилия — с впечатляващи илюстрации и метафори и с умело използване на английския език — да оправдаят това свое искане. Според мен именно това, а не толкова финансовите неуредици и бюджетните ограничения, се оказа ключово за провала на ССУ.

Все повече се разпространява пазарното гледище за човешкото знание, според което фундаменталните изследвания трябва да не се ползват от правителствена подкрепа и да се съревновават на равна нога с всички други институции и просители. Съмнявам се, че ако не е разчитал на правителствена подкрепа и е трябвало да се бори на свободния пазар на своето собствено време, който и да било от изредените по-горе учени е щял да направи своето знаменателно откритие. А днес цената на основните изследвания е чувствително по-висока, отколкото е била по времето на Максуел — на теоретично, но най-вече на експериментално ниво.

Но като оставим това настрана, дали силите на свободния пазар ще се окажат достатъчно адекватни, за да подкрепят научните изследвания? Понастоящем се финансират само около 10% от заслужаващите го проучвания в областта на медицината. Повече пари се харчат за знахари, отколкото за медицински изследвания. А какво би станало, ако и правителството се откаже от тази област?

Един необходим аспект на фундаменталните проучвания е, че техните приложения лежат някъде напред във времето — понякога десетилетия или дори векове. Освен това никой не знае кои техни страни ще имат практическо приложение и кои няма да имат. Ако учените не са в състояние да направят подобни предсказания, дали е вероятно политиците и индустриалците да могат? Ако силите на свободния пазар са фокусирани единствено върху краткосрочната печалба — както със сигурност са в Америка, където се наблюдава рязък спад в корпоративните изследвания, — дали това решение не би било равнозначно на изоставяне на фундаменталните проучвания?

Да се отреже фундаменталната, движена от любопитството наука е все едно да изядем зърното за посев. Може би през идната зима ще имаме повече храна, но какво ще засеем след това, така че ние и децата ни да имаме какво да ядем през следващите зими?

Разбира се, нашият вид е изправен пред много належащи проблеми. Но свиването на основните научни изследвания не е пътят към тяхното решаване. Учените не са голяма група гласоподаватели. Те нямат влиятелно лоби. При все това една голяма част от работата им ще донесе полза за всички. Отдръпването от фундаменталните научни изследвания показва липса на самообладание, на въображение и на тази визия, която изглежда все още не сме постигнали. Някой от тези хипотетични извънземни може да се удиви от това, че планираме да нямаме бъдеще.

Разбира се, ние се нуждаем от грамотност, образование, работа, адекватни медицински грижи и отбрана, опазване на околната среда, сигурност за старите ни години, балансиран бюджет и куп други неща. Но ние сме богато общество. Нима не можем да подкрепим съвременните Максуеловци? Ако вземем този символичен пример — наистина ли не можем да си позволим да посеем стойността на един боен хеликоптер и да послушаме звездите?