Зачем человечество строит LIGO?
После выхода интервью Дудя про LIGO у меня состоялся примерно такой диалог с другом-программистом.
— Что такое LIGO?
— Установка, которая фиксирует гравитационные волны.
— Нахуя?
— Ну спросил бы у Эйнштейна нахуя он свои теории писал. Или у Бора.
— Борис, вот лично для меня импакт от Игоря Синяка больше.
И дальше мы пришли к довольно интересному вопросу. Потому что если отбросить шутки, то вопрос действительно хороший. Зачем человечество тратит миллиарды долларов на установку, которая на первый взгляд вообще никак не влияет на жизнь обычного человека?
Самый честный ответ заключается в том, что никто не знает принесёт ли LIGO практическую пользу. Возможно принесёт. Возможно нет. Более того, большая часть людей работающих на LIGO тоже этого не знает.
Хотя справедливости ради, такие установки редко проходят бесследно даже если основной эксперимент оказывается тупиком. Когда тысячи инженеров и физиков пытаются измерить что-то с беспрецедентной точностью, они вынуждены решать огромное количество технических проблем. Иногда решения потом оказываются полезнее самой установки и постепенно уползают в промышленность.
Но человечество уже несколько раз выигрывало в подобную лотерею настолько сильно, что до сих пор живёт на проценты с этих выигрышей.
Когда Планк вводил свою постоянную, он не пытался создать смартфон. Когда Бор придумывал свою модель атома, он не пытался создать интернет. Когда Резерфорд стрелял альфа-частицами по золотой фольге, он не пытался создать GPS. Вся эта публика занималась тем, что пыталась понять как устроена Вселенная. И в результате человечество получило квантовую механику, на которой до сих пор стоит добрая половина современной цивилизации.
По сути мы до сих пор кормимся открытиями столетней давности. Полупроводники, лазеры, телекоммуникации, магнитно-резонансная томография, современные компьютеры — всё это выросло из довольно абстрактных исследований начала XX века. Поэтому идея о том, что фундаментальная наука бесполезна потому что её нельзя немедленно продать, исторически выглядит довольно странно.
Однако между открытием и пользой лежит ещё одна проблема. Недостаточно придумать новую технологию. Нужно ещё суметь внедрить её в экономику.
Часто говорят что паровую машину придумали в Англии. Это не совсем так. Различные паровые устройства были известны ещё в античности. Но промышленная революция почему-то не случилась ни в Риме, ни в Греции. Более того, когда пришло время настоящих паровых машин, выиграли их вовсе не те страны где лучше понимали физику.
Экономический историк Роберт Аллен вообще считает, что одна из главных причин промышленной революции в Англии заключалась в сочетании дешёвого угля и дорогой рабочей силы. Машины оказались выгоднее людей. Во Франции физика была лучше. Цикл Карно придумали французы. Но промышленную революцию выиграли англичане.
Получается довольно неприятная для физиков мысль. Даже если фундаментальная наука создаёт новую технологию, этого ещё недостаточно. Нужны подходящие экономические условия, нужны институты, нужны предприниматели, нужны люди, которые смогут превратить технологию в инновацию.
Впрочем, граница между фундаментальной и прикладной наукой часто оказывается довольно размытой. Даже если конкретное исследование не приводит к революционным открытиям, само создание экспериментальной установки нередко требует решения огромного количества инженерных задач. Когда люди пытаются измерить что-то с беспрецедентной точностью, они вынуждены придумывать новые методы стабилизации, обработки сигнала, подавления шумов и устранения паразитных эффектов. Иногда такие решения патентуются и потом постепенно уползают в индустрию.
Здесь очень удобно вспомнить СССР. Советский Союз производил математиков мирового уровня и физиков мирового уровня. Жорес Алфёров, основавший ФТШ, в котором я когда-то учился, получил Нобелевскую премию за работы по полупроводниковым гетероструктурам, без которых трудно представить современные высокоскоростные чипы. Колмогоров создал огромный пласт современной прикладной математики, теории вероятностей и алгоритмического мышления, без которого вычислительная техника выглядела бы совсем иначе. Басов и Прохоров получили Нобелевскую премию за работы, приведшие к созданию лазеров. И где же было налажено массовое производство первых чипов? А почему кибернетика оказалась продажной девкой капитализма? А где создали первые лазеры?
Проблема заключалась не в отсутствии мозгов. Проблема заключалась в том, что у совка были убогие институты из-за плановой экономики.
Таким образом мы видим что одна удачная фундаментальная идея может кормить человечество практическими технологиями десятилетиями. Но сами технологии будут имплементироваться в конкретные инновации уже в конкретных странах, где для этого существуют подходящие условия.
Поэтому кто создаст лучшие условия тот победил. Это гонка! И наука это не шутка, именно наука подарила нам танки, ракеты, самолёты и конечно ядерное оружие. И сложно представить, что ещё она может представить в будущем. Раньше мы с друзьями на кафедре Ландау угорали, что нас отправят заниматься созданием нейтринной бомбы.
Но что если человечество сможет разделять протон и получать кварки?
Конечно этого не случится. Скорее всего.
Но проблема заключается в том, что физики уже один раз очень сильно ошиблись с подобными прогнозами.
Если бы в начале XX века кто-нибудь рассказал физикам, что исследования атомного ядра приведут к созданию оружия способного за несколько мгновений уничтожить сотни тысяч человек, его бы скорее всего сочли сумасшедшим. История науки вообще плохо переносит прогнозы. Мы очень плохо понимаем какие из сегодняшних игрушек физиков через сто лет станут основой новой индустрии, а какие останутся красивыми статьями в архивах.
Есть пример ещё хуже. Теория струн. В отличие от квантовой механики или Стандартной модели она пока не только не дала практических результатов, но и вообще не имеет экспериментальных подтверждений. Более того, она не является научной по Попперу, поскольку непонятно каким экспериментом её можно было бы опровергнуть. Тем не менее тысячи умнейших людей продолжают ей заниматься, поскольку она остаётся одной из немногих попыток объединить квантовую механику и гравитацию.
Казалось бы, человечество может себе позволить подобную роскошь. Даже если девяносто процентов фундаментальной науки ни к чему не приведут, оставшихся десяти процентов хватит чтобы окупить все расходы. Проблема заключается в том, что последние лет двадцать-тридцать появились признаки того, что сама машина по производству новых знаний начинает работать хуже.
Учёных стало больше чем когда-либо. На исследования тратится больше денег чем когда-либо. Статей публикуется больше чем когда-либо. Но есть довольно известная работа экономистов Bloom, Jones, Van Reenen и Webb под названием Are Ideas Getting Harder to Find?, в которой они показывают довольно неприятную вещь. Для поддержания прежних темпов научно-технического прогресса приходится привлекать всё больше и больше исследователей. Иными словами, производительность науки падает.
Причём это не проблема только США или Европы. Насколько я понимаю, похожие тенденции наблюдаются и в Китае. То есть проблема выглядит системной.
Почему это происходит — никто толком не знает. Возможно учёные слишком много времени тратят на выполнение KPI, написание грантов и отчётов. Возможно современная академическая система плохо вознаграждает рискованные исследования. Как либертарианец я подозреваю что более рыночная организация науки могла бы улучшить ситуацию. Но есть и другая, гораздо более неприятная гипотеза.
Что если человечество просто уже сорвало большую часть низко висящих плодов?
Что если Резерфорд, Планк, Бор, Эйнштейн и их современники жили в эпоху когда самые фундаментальные открытия лежали буквально под ногами, а нам остаются всё более и более сложные задачи требующие всё больших ресурсов?
Если это действительно так, то последствия могут оказаться весьма неприятными. Потому что последние двести лет человечество существовало в условиях практически непрерывного технологического роста. Каждое поколение получало новые технологии, новые отрасли промышленности, новые рынки и новые способы производить богатство. Мы настолько привыкли к этому процессу, что начали воспринимать его как закон природы.
Но это не закон природы.
Это следствие того, что где-то сидят тысячи странных людей и пытаются понять как устроена Вселенная.
Если поток фундаментальных открытий начнёт иссякать, то через некоторое время начнёт иссякать поток новых технологий. Потом инноваций. Потом экономического роста.
А дальше начнётся мир с нулевой суммой.
И я не пожелаю вам жить в мире с нулевой суммой.
Поэтому вопрос «нахуя строить LIGO?» на самом деле значительно интереснее чем кажется. Потому что речь идёт не просто о двух гигантских интерферометрах в американской пустыне. Речь идёт о том механизме, который последние двести лет делает человечество богаче.
И если мы не научимся поддерживать этот механизм, то рано или поздно нам пизда.
Что почитать:
— Robert Allen — The British Industrial Revolution in Global Perspective
— Douglass North — Institutions, Institutional Change and Economic Performance
— Daron Acemoglu, James Robinson — Why Nations Fail
— David Edgerton — The Shock of the Old
— Bloom, Jones, Van Reenen, Webb — Are Ideas Getting Harder to Find?
— Thomas Kuhn — The Structure of Scientific Revolutions
Больше текстов и мемов в моём тг: https://t.me/notes_of_phys
