Вы здесь

Вселенная в электроне

Вселенная в электроне


Надежды и трудности


Мы привыкли к быстрому и все ускоряющемуся прогрессу науки и спешащей за ней техники. Но насколько «вечен» такой прогресс? Продвижение вперед становится все более сложным и дорогостоящим. Оно сопровождается оскудением и без того уже истощенных природных богатств планеты. Вместе с тем резко возрастает объем научной информации, которую необходимо освоить, прежде чем приступить к исследовательской работе. Учиться приходится все дольше и дольше: семь классов, десять, институт, аспирантура, стажировка на производстве или в лаборатории... Возникает что-то вроде информационного барьера — чем больше мы узнаем, тем труднее двигаться дальше. Как жадному грибнику, который собирает все грибы подряд и сам не может унести то, что собрал. Невольно закрадывается подозрение: не может ли это стать причиной сначала замедления, а затем и конца науки?

Может быть, выход в том, чтобы ограничиться основными, наиболее перспективными направлениями, наикратчайшим путем ведущими к открытию новых законов природы? Но как узнать, какое направление является более перспективным?

А может быть, следует вообще прекратить самые дорогие научные исследования, ведь ученые и так открыли уже очень много законов, может, хватит?

Так что же все-таки ожидает науку в будущем? Где ее границы? Какие проблемы будут волновать ученых через много лет?


Золушка или принцесса?


На пути науки есть несколько трудных барьеров, которые ей предстоит преодолеть. Первый из них, его «дыхание», ощущается уже сегодня, — это быстро растущая стоимость науки. Если все затраты на научные исследования от времен Архимеда до второй мировой войны составили всего лишь несколько миллиардов долларов, то в наше время на науку только за один год в мире тратится более ста пятидесяти миллиардов долларов. В ее сфере занято более трех миллионов научных работников и инженеров и в несколько раз большее число техников, лаборантов, рабочих и другого обслуживающего персонала. Стоимость крупных исследовательских установок, таких, как ускорители частиц, достигает миллиарда рублей. В конце прошлого века, проводя свой знаменитый опыт по измерению скорости света, Альберт Майкельсон затратил ровно десять долларов, а сегодня рядовой эксперимент по физике высоких энергий стоит уже около миллиона. Современный эксперимент имеет «индустриальный характер». Крупные физические лаборатории превратились в настоящие города с опытными заводами, конструкторскими бюро, сложным энергохозяйством. Давно прошли те времена, когда для опыта было достаточно маленького прибора на лабораторном столе.

Усложнение и удорожание опытов связано с тем, что наука стремится проникнуть все глубже в недра материи, а это требует постоянно увеличивать энергию зондирующих частиц, то есть создавать все более сложные экспериментальные установки. То же самое с космическими объектами — чем они дальше, тем более мощные и изощренные приборы нужны для их изучения. Это и понятно: чем глубже и дальше, тем труднее и дороже. Поэтому стоимость опытов будет возрастать и далее.

А раз так, то, может, и вправду лучше совсем отказаться от фундаментальных исследований микромира и космоса и сосредоточиться на прикладных разделах науки, на практическом использовании уже открытых законов природы, и не растрачивать ресурсы на «пустое» удовлетворение любопытства, которое становится слишком обременительным и малопонятным всем, кроме самих ученых? Особенно часто такие сомнения высказывают далекие от науки люди, которым кажется, что, экономя на «ненужных», чисто научных исследованиях, можно даже ускорить развитие общества. Однажды в «Литературной газете» мне попалась статья, автор которой для повышения эффективности науки предлагал оплачивать лишь те разработки, которые имеют очевидный выход в практику, а так называемые «чисто научные» исследования вообще не оплачивать, пусть желающие занимаются ими в свободное время, для своего удовольствия, так же, как, например, коллекционеры занимаются сбором почтовых марок или старых монет. Такая стратегия, если бы ее действительно взяли за основу, — верный и быстрый способ вообще покончить с наукой. Смещение акцентов исследований в сторону «потребительских интересов» хотя и дает гарантированные практические результаты, тем не менее в долгосрочной перспективе крайне невыгодно, так как уничтожает источник, питающий технику новыми идеями, и довольно скоро обернется снижением темпов научно-технического прогресса.

Даже весьма далекие от практики научные исследования далекого космоса и микромира оказывают влияние на технику, медицину и другие, «более близкие к жизни» разделы науки не только практическим использованием открываемых принципиально новых явлений, но и тем, что в процессе таких исследований, выполняемых, как правило, в экстремальных, предельных по своим параметрам условиях, разрабатываются новые приборы, оригинальные методы и неожиданная технология, которые затем также находят широкое практическое применение. Так, физика элементарных частиц содействовала быстрому внедрению в электротехнику сверхпроводящих магнитов и связанной с этим технологии сверхнизких температур, помогая резко снизить потери электроэнергии на ненужное, а во многих случаях и очень вредное нагревание питаемых электрическим током устройств. В исследованиях реакций рождения и распада элементарных частиц, где в поисках нужных процессов приходится просматривать десятки тысяч, а то и миллионы фотографий отдельных событий, были впервые разработаны методы автоматической обработки огромных массивов экспериментальной информации. Для этого впервые были использованы мощные ЭВМ, которые по заданным признакам с большой скоростью сортируют и расшифровывают микрофотографии. Теперь эти методы применяются при аэрофотосъемке, при наблюдениях за земной поверхностью со спутников и во многих других областях. Как показал экономический анализ, разработки, выполненные в связи с исследованиями по физике элементарных частиц, оказали влияние даже на такие далекие отрасли, как сталелитейное дело и железнодорожный транспорт. Полученная прибыль окупила все затраты на опыты с частицами.

Огромный экономический эффект дали космические исследования, которые на первом этапе выглядели тоже «чисто научными».

Как видим, практический опыт убедительно говорит о том, что «чистая наука» жизненно необходима и занятие ею — достойное и важное дело. В научно-техническом прогрессе она, образно говоря, играет роль генератора и ускорителя. Поэтому можно с уверенностью сказать, что человечество никогда не утратит к ней интереса. Наука, изучающая глубинные проблемы окружающей природы, не золушка, которую терпят из милости и сострадания, а принцесса, способная одарить человечество фантастическим богатством. Говоря словами Циолковского, «фундаментальные изыскания имеют чрезвычайно осязаемую, так сказать, хлебную важность для общества».

В недалекой перспективе — создание работающих при комнатной температуре сверхпроводников, по которым электрический ток, не ослабевая, может циркулировать в течение многих суток, сверхдальняя космическая связь на нейтрино, создание мощных генераторов гравитационного поля и множество других вещей. Но самое важное в том, что продвижение в глубь материи связано с открытием и освоением новых источников энергии взамен постепенно истощающихся старых. И если не выполнять исследований впрок, с дальним прицелом, то может случиться, что имеющихся источников просто не хватит для того, чтобы овладеть новыми, — ведь спуск по ступенькам структурной лестницы в недра вещества связан с затратами все большей и большей энергии. И здесь у «чистой науки» есть уже несколько многообещающих заделов. Один из них касается практического использования больших ускорителей частиц, которые часто называют «пирамидами XX века», подчеркивая этим их дорогую цену и кажущуюся практическую бесполезность.


Ускорители — фабрики энергии


Производство энергии в мире за последние десятилетия возрастало в среднем на пять процентов в год. Если этот темп сохранится, то энергетические потребности человечества во второй половине следующего века в пятьдесят — сто раз превзойдут современный уровень. В то же время запасы наиболее энергоемких и удобных для использования видов органического топлива, нефти и газа, в основном будут исчерпаны уже в сравнительно недалеком будущем. Лучше обстоит дело с каменным углем. При современных темпах развития экономики его хватит по крайней мере на несколько сотен лет. Но в этом случае придется сжечь значительную часть атмосферного кислорода. Экологические последствия будут, по-видимому, катастрофическими. Конечно, есть еще солнечные батареи, ветряные двигатели, энергия, запасенная в земной коре, в морях и океанах. Все это — важное подспорье, но полностью удовлетворить потребности экономики таким путем нельзя.

Единственный выход — использование энергии атома. Атомные электростанции уже сегодня дают весьма заметный вклад в производство электроэнергии. В некоторых странах — например, во Франции и ФРГ, где мало нефти и угля, — он приближается к 50 — 70 процентам. Предполагается, что к концу столетия мощность атомной энергетики в мире возрастет по крайней мере втрое.

Радикальным решением энергетической проблемы, освобождающим нашу планету от забот об источниках энергии по крайней мере на ближайшую тысячу лет, был бы переход к «термояду» — использованию энергии термоядерного синтеза. В воде морей и океанов содержатся практически неограниченные запасы необходимого для этого сырья — атомов тяжелого водорода — дейтерия. Однако перед физиками здесь стоят еще чрезвычайно трудные научно-технические задачи, и пройдет очень много времени, прежде чем будут созданы экономически выгодные термоядерные реакторы.

Сегодня атомную энергию получают с помощью реакции деления ядер урана. Именно эта реакция «работает» на атомных электростанциях, приводит в движение подводные лодки и ледоколы. Запасы ядерного горючего, урана, на нашей планете хотя и не столь велики, как запасы тяжелого водорода, тем не менее вполне достаточны для того, чтобы в течение столетий служить надежной основой земной энергетики. Но вот что плохо: топливом для современных атомных реакторов может служить не весь уран, а только весьма редкая его разновидность — изотоп с атомным весом 235, доля которого в природном уране составляет менее процента. Остальная часть урана — а это ни много ни мало более девяноста девяти процентов всей его добычи! — идет пока на склады и сохраняется до лучших времен, когда будут созданы реакторы, способные использовать весь уран, оба его изотопа 235 и 238, которых много. В опытном порядке подобные системы уже действуют в нашей стране и за рубежом. Они 'перерабатывают уран в новый элемент — плутоний, который, как и уран 235, является хорошим топливом для «атомных печей». К сожалению, переработка в плутоний происходит пока еще довольно медленно и обходится дорого.

Есть еще один путь для переработки неиспользуемого урана 238 в плутоний — с помощью установки, которая является гибридом мощного ускорителя частиц и уранового реактора. Представьте себе большой кусок урана, скажем, кубический метр в объеме, — мишень, в которую бьет пучок протонов, ускоренных до высоких энергий. Сталкиваясь с ядрами, энергичные протоны дробят их на множество протонов и нейтронов — расшибают в веер нуклонных «брызг». Родившиеся при этом частицы дробят следующие ядра и так далее, до тех пор, пока их энергия не станет такой маленькой, что они уже будут не способны расколоть атомное ядро. В урановой мишени образуется мощный каскад, лавина постепенно замедляющихся частиц. Как в горах, когда сорвавшийся камень сбивает несколько следующих, те сбивают другие — и грохочущий веер камней летит вниз!

Страницы


Разделы

  • Введение

  • Глава I

  • Глава II

  • Глава III

  • Глава IV
  • Заключение

  • Выходная информация издания

  • В нашей электронной онлайн библиотеке вы можете бесплатно и без регистрации прочитать «Вселенная в электроне» автора Барашенков Владилен на телефоне, андроиде, айфоне, айпаде. Сейчас вы находитесь в разделе „Глава IV“ на странице 1. Приятного чтения.