Диалоги между физиком и математиком

Это необычная книга: не специальное исследование для профессионально подготовленного читателя и в то же время никак не популярный учебник по физике элементарных частиц. Скорее всего это своеобразное эссе, в котором в свободной непринужденной манере высказывается отношение к различным этапам истории физики элементарных частиц, ее современному состоянию и еще многому другому.

Книга написана в форме диалога между Физиком и Математиком. Своеобразная, всегда эмоционально выразительная литературная форма диалога нередко использовалась в прошлом. Однако в последнее время автору рецензии не приходилось встречать этот жанр в научной или научно-популярной литературе. Впрочем, это требует достаточно высокого мастерства от пишущих, что авторы данной книги успешно демонстрируют.

Авторами действительно являются физик и математик. Игорь Юрьевич Кобзарев - физик-теоретик, известный специалист в области физики элементарных частиц, безвременно ушедший из жизни в 1991г. Всю свою творческую жизнь после окончания вуза он работал в Институте теоретической и экспериментальной физики, много лет был членом редакционной коллегии журнала "Природа", неоднократно выступая на его страницах.

Юрий Иванович Манин - математик, специалист в области алгебраической геометрии, теории чисел, математической физики; с 1990 г. - член-корреспондент РАН. Сотрудник Математического института им.В.А.Стеклова РАН, в последнее время работает в Институте математики им.Макса Планка в Бонне¹.

Книга писалась в начале 80-х годов и была завершена в 1987-м. Через два года издана на английском языке в Голландии. Русское издание появилось только в 1997 г. в издательстве "ФАЗИС"².

Появление книги на русском языке через десять лет после ее написания, как я надеюсь, не снизит интереса к ней российского читателя. Причин тут две. Во-первых, за прошедшие десять лет в стуктуре теории, описывающей элементарные частицы, не произошло никаких радикальных изменений. Во-вторых, как видно из дальнейшего, авторы отнюдь не стремятся концентрировать свое внимание на каких-либо последних экспериментальных данных в этой области. Напротив, их гораздо больше интересуют концептуальные вопросы, общая схема построения теории элементарных частиц. А в этих направлениях никакой смены представлений за тот период не происходило.

Формально книга состоит из трех основных частей:
I. Диалоги.
II. Структура теории элементарных частиц (по существу это сжатое систематическое изложение тех представлений и понятий, которые так или иначе затрагиваются в диалогах).
III. Комментарии.

Небольшое приложение "Струны", написанное Ю.И.Маниным в 1987 г. для специального журнала, позднее вошло в текст книги. Язык приложения сложен, изложение гораздо более математизировано, и в этом плане оно несколько выпадает из общей стилистики книги.

Сказанное, однако, не означает, что чтение книги доступно любому интересующемуся и представляет легкое занятие.

Участники диалогов как бы предполагают, что читатель в достаточной мере ознакомлен с кругом фактов и взглядов, являющихся предметом обсуждения, и поэтому не считают нужным делать скидку на недостаточную осведомленность. Тем не менее я полагаю, что читатели, как работающие в настоящее время в области физики элементарных частиц, так и те, кто лишь прослушал в не очень далеком прошлом курс лекций на эту тему, почерпнут для себя немало полезного и не в последнюю очередь получат истинное удовольствие от приобщения к интеллектуальным и остроумным беседам авторов, от нестандартного хода мысли, от неожиданных, порой философских, отвлечений и экскурсов в историю науки. Для тех же, кто хотел бы с большим пониманием следить за развитием диалогов, рекомендую предварительно прочитать достаточно популярную книгу Л.Б.Окуня "Физика элементарных частиц", вышедшую в издательстве "Наука" в 1986 г.

Наибольший интерес для читателя, по моему мнению, представляют именно "Диалоги" и тесно связанные с ними "Комментарии". Последние содержат библиографические ссылки на публикации в журналах или на труды всемирно известных ученых и философов, сыгравших важную роль в становлении современных теорий строения материи и упоминавшихся в "Диалогах". Эти ссылки, как правило, сопровождаются интересными комментариями и нередко обширными цитатами из упомянутых работ, звучащими неожиданно свежо и уместно в наши дни.

Вторая часть, более строгая и математизированная по манере изложения, удачно дополняет остальные, предоставляя читателю возможность ощутить тот математический каркас или ту схему, на которой базируется современная теория элементарных частиц.

Особую роль в "Диалогах" играет полемика героев. Математик выступает в качестве атакующей стороны, он упрекает физиков в противоречивости их теоретических построений, а Физик, естественно, излагает мотивации физической стороны. Дополнительно в полемику время от времени включается еще один персонаж, Философ, который провоцирует основных участников беседы на высказыванния более общего характера, как бы представляя в книге интересы профессионально менее подготовленного читателя. Конечно, такое распределение ролей - не более чем литературный прием, который позволяет лишь более четко обозначить позиции сторон. Очевидно, что "все участники дискуссии" достаточно хорошо представляют себе возможные ответы. Но внутренняя пружина заключается в точно угаданном различии ментальностей Математика и Физика, существующем в реальной жизни. Это различие невыдуманное и связано как с их профессиональной подготовкой,так и в немалой степени с атмосферой той среды, в которой они работают.

Для Математика четкая формулировка исходных позиций и внутренняя непротиворечивость последующих действий есть непреложное условие "доверия" к результату. Физик же на многих примерах показывает, что ведущая идея, подсказанная интуицией, может оказаться более важной, чем существование некоторых неувязок в теории или наличие внутренних противоречий в использованном математическом аппарате. Важнее всего построить конструкцию, достаточно точно и надежно описывающую физическую реальность. Это обстоятельство с точки зрения Физика позволяет закрыть глаза на некоторые сложности, существующие внутри математического аппарата, использованного в теории.

Кажущаяся "ненаучность" такого умозаключения снимается простым замечанием, к которому Физик подготовлен длительной историей успехов и неудач в физике частиц: использованный математический аппарат может быть не вполне адекватен фиэике и в последующем изменен или усовершенствован. Тем самым лишний раз демонстрируется, что "нелогичные" действия физиков нередко приводят к успеху.

Описать содержание "Диалогов" непросто. Как и любая живая беседа, это подвижная материя: сюжеты могут непринужденно меняться. Но при всем этом есть темы, которые постоянно занимают собеседников и к которым они периодически возвращаются в последующих диалогах. Попытаемся наметить круг таких, наиболее часто встречающихся, вопросов.

Что такое элементарная частица? Что физик вкладывает в это понятие? Как он ее наблюдает? Эти простые на первый взгляд вопросы побуждают участников "Диалогов" обсуждать ряд далеко не простых гносеологических проблем.

Следующая тема - история открытия элементарных частиц и история атомизма как такового. Но и в этом, довольно привычном, предмете читателя ожидает ряд редко приводимых исторических фактов и интересных высказываний и достаточно неожиданная полемика относительно роли отдельных ученых в открытии первых элементарных частиц, в частности электрона и протона.

Естественно, в "Диалогах" возникает тема описания поведения элементарных частиц, сначала нерелятивистких (квантовая механика), а затем и релятивистских (квантовая теория поля - КТП). КТП, ее становление, развитие, эволюция присутствуют во многих диалогах. Квантовая теория поля - одна из наиболее сложных и одновременно достаточно уязвимых для критики современных физических теорий. КТП - один из главных объектов нападок Математика. Критическому разбору представлений КТП (или, как любят говорить авторы книги, парадигмы КТП) посвящены многие страницы "Диалогов".

И наконец, еще одна важная тема - границы области применимости физических теорий классической механики, оптики, квантовой механики и, конечно, что больше всего занимает участников дискуссии, квантовой теории поля.

Авторы фактически решают одну грандиозную задачу подхода к анализу основных закономерностей природы. По существу это и есть главный предмет обсуждений в "Диалогах".

Его участников этот аспект специально не занимает. Они поставили задачу проанализировать, что известно о мире элементарных частиц, и придирчиво, шаг за шагом, продвигались к цели. Сделано это живо, интересно, остроумно и как бы с определенным вызовом, авторы стремились ничего не принимать на веру, критически выяснять, что стоит за привычными терминами, словами, утверждениями. Такой стиль очень не похож на обычный стиль научных или даже научно-популярных книг и, я полагаю, будет по достоинству оценен читателями.