К истории принципа «Заткнись и вычисляй!»

Слева направо: Эдвард Боуэн, Ли Дюбридж, Исидор Айзек Раби и магнетрон. 1940-е годы. (Здесь и ниже фото MIT Museum.)

17 октября 1940 года Карл Комптон, президент Массачусетского технологического института (США), огорошил коллегу звонком из Вашингтона. Может ли вуз заняться срочным сверхсекретным оборонным проектом? Поразмыслив, помощник Комптона сообщил, что можно перетасовать лаборатории и найти место для нового научного центра. Так родилась знаменитая Радиационная лаборатория, оказавшая огромное влияние на ход Второй мировой войны. В статье, опубликованной журналом Nature, историк Дэвид Кайзер утверждает, что её влияние на науку было ещё больше.

Всего несколько недель спустя в лаборатории уже кипела работа: её сотрудники пытались улучшить магнетрон британской конструкции, который должен был стать основным компонентом коротковолновой РЛС нового типа. Тогда — более чем за год до вступления США в войну — в штате числились 20 физиков, три охранника, два кладовщика и секретарь. К концу войны в лаборатории было занято 4 тыс. человек, выполнявших контракты на общую сумму $1,5 млрд (в нынешних ценах это почти $20 млрд).

Манхэттенский проект, тоже опиравшийся на британские разработки, вырос ещё быстрее. Он начинался в Лос-Аламосской лаборатории, а потом объединял 125 тыс. человек, работавших на 31 объекте. Ко времени бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в августе 1945 года он обошёлся федеральному бюджету в $1,9 млрд (около $25 сегодняшних млрд). Два проекта освоили всего-то около 1% от оборонных расходов США во время войны. Несмотря на всю скромность по меркам военных ассигнований, эти суммы были совершенно беспрецедентными для учёных и инженеров того времени.

Росли не только бюджеты. Физики, химики, материаловеды и их коллеги стали работать огромными группами с оборудованием немыслимых размеров. Заводы по разделению изотопов в Оук-Ридже (штат Теннесси) занимали целые кварталы; на строительство ядерного реактора в Хэнфорде (штат Вашингтон) ушло более 0,5 млрд м³ бетона.

Многие физики относились к подобным проектам как к важной, но временной работе, отвлекающей от «подлинных» научных исследований. Некий ветеран Радиационной лаборатории даже сочинил песню, в которой были такие слова: «Чёрт побери! Инженерное дело — это не физика, что тут может быть непонятного? Бери свой миллиард и давай вновь станем физиками».

Тем не менее восстановить довоенный статус-кво было уже нельзя. Многие черты военных проектов стали нормой мирного времени. Война отбросила длинную тень на организацию науки, на её методы и даже темы исследований. До войны большинство научных проектов в США выполнялось на средства частных фондов и местной промышленности, а также на деньги, которые студенты платили за обучение. После войны основная часть несекретных проектов (и, естественно, все оборонные) финансировалась федеральным правительством.

В 1949 году источником 96% средств, выделенных на фундаментальные исследования в области физических наук в США, служили ориентированные на оборону федеральные ведомства, в том числе Министерство обороны и недавно образованная Комиссия по атомной энергии, преемник Манхэттенского проекта. В 1954-м — через четыре года после создания Национального научного фонда США — федеральные оборонные ведомства обеспечивали данное направление уже на 98%. К 1953 году финансирование фундаментальных исследований в США выросло в 25 раз по сравнению с 1938 годом (с поправкой на инфляцию).



Джулиан Швингер что-то объясняет коллегам по Радиационной лаборатории.

Основная часть работы выполнялась в учреждениях, организованных по образцу военного времени. Объединялись специалисты из самых разных областей науки и техники. Дефицит времени и общие цели вынуждали учёных и инженеров искать эффективные средства общения. Математическая строгость и заумные теоретические построения ничего не стоили, если коллеги из других областей не могли извлечь из них никакой пользы для себя.

Подобные междисциплинарные проекты привели к появлению учёного нового типа. Ветераны тех времён говорили о «радарной философии» и «лос-аламосском человеке» как о прагматике, который способен сотрудничать со всеми, от экспертов по баллистике до металлургов, и обладает шестым чувством, позволяющим ему не заблудиться в философских тонкостях.

Ведущие учёные и политики активно стремились к тому, чтобы дух сотрудничества не угас. Комиссия по атомной энергии курировала новую сеть национальных лабораторий, в которых трудились смешанные группы, состоявшие из физиков, математиков, химиков и инженеров многих специальностей. Такой же подход получил развитие в американских университетах. Например, в конце 1945 года в МТИ были основаны Научно-исследовательская лаборатория электроники и Лаборатория ядерной науки и техники.

Никуда не делись оборудование и ноу-хау военного времени. Физик Бруно Росси, например, изучал космические лучи после войны, адаптировав интегральные схемы, созданные им в Лос-Аламосе для измерения скорости деления ядер. А некоторые спецы из Радиационной лаборатории взялись за радиотелескопы, связав в единую сеть обсерватории «Джодрелл-Бэнк» близ Манчестера (Великобритания) и «Паркс» в Новом Южном Уэльсе (Австралия) с аналогичными инструментами, которые выросли как грибы после дождя по всей Северной Америке. В 1947 году с помощью микроволновой электроники, оставшейся от работы над военным радаром, физик Уиллис Лэмб из Колумбийского университета в Нью-Йорке измерил сдвиг энергетического уровня электрона на 2s- и 2р-орбиталях атома водорода, что привело к пересмотру представлений о вакууме.

Одним из первых об успехах Лэмба узнал физик Джулиан Швингер, который до войны считался восходящей звездой квантовой теории. Подобно многим другим физикам, работавшим в Радиационной лаборатории, Швингер вынужден был пересмотреть свой подход к вычислениям. Полученные им элегантные выводы из первых принципов прекрасно подходили к идеализированным ситуациям, но имели мало смысла для коллег, которые нуждались в методах точной настройки электронного оборудования. Как вспоминал впоследствии сам Швингер, он перенял от инженеров понятие «эффективного контура». Вместо того чтобы рассчитывать общее электрическое сопротивление сложного компонента с высоты уравнений Максвелла, он превращал каждый компонент в «чёрный ящик», определяя его общую сопротивляемость согласно результатам измерений на входе и выходе. Такая тонкость, как характеристика прохождения тока между составными частями данного компонента, значила гораздо меньше для главной задачи — улучшения радиолокационных конструкций, чем эффект компонента в схеме.

Швингер взялся за осмысление лэмбовского сдвига, когда уроки Радиационной лаборатории были ещё свежи в его памяти. Теоретики предыдущего поколения пытались рассчитать эффект квантовых флуктуаций, исходя из первых принципов, с 1930-х годов, но раз за разом уравнения приводили к нефизической бесконечности вместо конечных результатов. Швингер представил свои уравнения в терминах измеримых входов и выходов. Ему удалось рассчитать последствия квантовых флуктуаций на энергетических уровнях электрона и получить ответ, который соответствовал измерениям Лэмба с удивительной точностью. Вскоре выяснилось, что японский физик Синъитиро Томонага проделал то же самое на несколько лет раньше. Что интересно, и он во время войны работал с РЛС.



Студенческая акция против военных исследований в Массачусетском технологическом институте в 1969 году (фото AP).

Выкованный войной прагматизм повлиял и на следующее поколение. К сожалению, не только положительным образом. Г-н Кайзер отмечает, что многие важные вопросы феноменологического свойства оказались на периферии внимания учёных. Специалисты, прошедшие горнило проектов военного времени, как чумы, чурались всего, что отдавало «интерпретацией» или, что ещё хуже, «философией». Концептуальное исследование фундаментов считалось непозволительной роскошью. Системой высшего образования эта точка зрения была растиражирована многократно. Кредо Радиационной лаборатории «Давай числа!» трансформировалось в принцип «Заткнись и вычисляй!».

К середине 1960-х три четверти ежегодного урожая физических диссертаций в США было посвящено либо ядерной физике, либо физике твёрдого тела: специализация в этих областях давала уверенность в том, что ты не останешься без работы. Кроме того, по этим направлениям прагматичный стиль позволял добиться наибольшего успеха. В те годы, например, физики открыли секреты ядерных сил, вызывающих радиоактивность, и разобрались со сверхпроводимостью, за что удостоились Нобелевских премий.

Всё меньше внимания получали такие очевидно философские вопросы физики, как рождение и судьба Вселенной, граница между порядком и беспорядком в хаотических системах, основы квантовой теории. То, что активно исследовалось до войны, теперь выводилось некоторыми влиятельными американскими учёными за пределы физики. В других уголках мира, однако, считали иначе.

Первые трещины в этой системе проявились четверть века спустя после окончания войны. Эскалация вьетнамского конфликта заставила многих задуматься: «А не много ли места занимают оборонные проекты в американской науке?» Экономические трудности привели к сокращению вакансий для докторов наук, и популярность физики среди студентов стала резко снижаться.

Всё, что было наработано в годы войны (организация, финансирование, подход к исследованиям), уже не воспринималось как само собой разумеющееся. Пошли в наступление иные методы научной работы, и физики стали всё чаще обращаться к темам, которые всего несколько лет назад считались неприличными, — к космологии, теории хаоса, квантовой запутанности.

Но «радарная философия» и «лос-аламосский человек» не исчезли безвозвратно. По сей день самые фундаментальные исследования в США зависят от федерального финансирования, и многие великие достижения послевоенного поколения — к примеру, Стандартная модель физики элементарных частиц — остаются краеугольным камнем науки и образования.

Источник