Цепная реакция открытий

Кажется, давно ли авиаконструкторы только мечтали о преодолении звукового барьера. А когда за год до того, как эта книга была подписана к печати, у нас в стране поднялся в небо первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет, все заинтересовались, но никто не удивился. Это замечательное достижение инженерной мысли показалось людям естественным так же, как и многие другие, вошедшие в нашу жизнь за последние годы.

Мы живем в эпоху научно-технической революции. Ее перемены чувствуются всюду. За ними легко проследить, что называется, невооруженным глазом в течение жизни одного поколения. Меньше чем за полвека на глазах наших отцов и дедушек научные исследования, открытия, изобретения сделали мир неузнаваемым. Не верите? Поговорите со старшими. А еще лучше - загляните в довоенный учебник физики, i Статистика беспристрастно свидетельствует, что 90 процентов всех когда-либо живших на Земле ученых наши с вами современники. Каждые двадцать лет отношение общего количества исследователей и инженеров ко всему населению земного шара удваивается. Современный прогресс науки и техники немыслим без тесной связи между ними. А ведь было время, когда считали, что познание законов природы лишь средство для удовлетворения любознательности. Успехи науки, новые идеи находили свое отражение в практике лишь спустя много десятков лет. Например, от идеи - как сделать телефон - до создания его первого опытного образца (1876 год) прошло ни много ни мало как пятьдесят шесть лет. Последующим изобретениям повезло куда больше. Так, для радио тот же срок составил тридцать пять лет, для радара - пятнадцать, телевизора - четырнадцать. Чтобы идея атомной бомбы превратилась в реальное и страшное оружие, потребовалось всего шесть лет, а транзистор уложился даже в пять лет.

Конечно, техника и в прошлом не стояла на месте. В наследство от прежних лет человек получил массу удивительных изобретений, заложивших основу современной индустрии. Мы порою даже и не подозреваем, насколько изобретательны были наши предки. Достаточно, например, сказать, что, по мнению некоторых исследователей, примитивные алмазные сверла были известны уже в древнем мире. Тысячи лет назад кто-то предвосхитил идеи, прочно вошедшие в арсенал техники лишь в последние годы.

Но раньше изобретатели продвигались вперед преимущественно методом проб и ошибок. Они неустанно прокладывали пути в незнаемое, но наука редко служила им компасом. Опыт предшественников да интуиция - вот практически и все, чем были вооружены искатели нового. Потребовалось много лет, чтобы ученые и практики отыскали "общий язык". И наконец, взаимное проникновение науки и производства стало неотъемлемой чертой прогресса.

Почти половина исследований, ведущихся сейчас во всем мире, - прикладные. Ведущие их специалисты занимаются использованием законов природы для получения чисто практических результатов. В их распоряжении - океан идей и информации, непрерывно пополняющийся благодаря фундаментальным теоретическим изысканиям. Это они, "прикладники", обращают математические схемы и разрозненные наблюдения в дерзкие технологические схемы, в небывалые машины и устройства, которым потом конструкторы дают окончательную путевку в жизнь. Чтобы увидеть плоды их труда, необязательно даже выходить из дома, потому что нейлоновая рубашка, которую вы привычно надеваете утром, не так давно была отвлеченной химической формулой, а голубой экран телевизора еще привлекал зрителей самим фактом своего существования вне зависимости от передачи.

Итак, прикладные исследования самым неразрывным образом связаны с постижением тайн материи, с исследованиями фундаментальными, которым и принадлежит громадная роль в ускорении технического прогресса. Это благодаря им при слове "топливо" многие из нас скорее вспомнят про уран, нежели про дрова. И таких примеров можно привести множество.

Так какие же сюрпризы готовят нам теоретики сегодня? Вот что говорит по этому поводу вице-президент Академии наук СССР М. Д. Миллионщиков: "Хотя довольно часто отдельные важные научные открытия происходят не там, где их ожидают, можно без большого риска сказать, что сейчас области науки, сулящие наиболее значительные перевороты в наших представлениях о природе, лежат в пределах астрофизики, физики элементарных частиц и биологии. В явлениях, изучаемых этими науками - и в грандиозных по масштабам скоплениях материи, удаленных от нас на миллионы и сотни миллионов световых лет, и в мире ничтожных по своим пространственным масштабам и времени жизни элементарных частиц, и в удивительных по степени организованности биологических системах, - природа бросает сегодня свой вызов человеческому уму и любознательности. Естественно, никто не может предсказать, когда именно произойдут решающие открытия в этих науках. Однако темп накопления новых фактов, не укладывающихся в существующие теории, концентрированные усилия огромной армии ученых, вооруженных уникальным, несравнимым по стоимости и сложности ни с каким ранее использовавшимся оборудованием, вселяют оптимистические надежды".

О каких же фактах идет речь?

Одну из самых сложных загадок задали ученым радиоволны, совершившие к нашей Земле путешествие длиной в пять миллиардов световых лет. Звезды, которые их излучают, видны довольно слабо. И не удивительно - они находятся как раз вблизи той непрерывно отодвигающейся границы, за которой вселенная уже недоступна для наблюдения. А вот радиоизлучение от них к нам приходит настолько интенсивное, что о его причинах можно только гадать. Столько энергии могло бы высвободиться, например, при гигантском термоядерном взрыве, если бы сразу взорвались 100 миллионов звезд, каждая с Солнце величиной!

Предположение, согласитесь, довольно необычное. Нам ведом термоядерный синтез - самый мощный механизм выделения энергии, какой только мы знаем. И если он здесь ни при чем, значит материя ведет себя в этом случае по незнакомым для нас законам. Каким именно - предстоит узнать. И возможно, это новое знание самым существенным образом изменит наши представления об окружающем мире.

То же самое можно сказать и о проблеме пульсаров, обсуждению которой сейчас щедро отводят место и специальные, и все научно-популярные журналы мира, и даже газеты. Всего несколько лет назад мы узнали о существовании этих звезд, испускающих чрезвычайно короткими повторяющимися импульсами радио-, световые и рентгеновские лучи. Причем, насколько позволяют судить наблюдения, излучаемая пульсарами энергия огромна по сравнению с их величиной. Большинство исследователей склоняются к тому, что звезды со столь гигантской концентрацией энергии представляют собой как бы гигантские атомные ядра. Это так называемые нейтронные звезды, состоящие из сверхтяжелого вещества. Впрочем, слово "сверхтяжелое" в данном случае звучит слишком мягко. Лучше привести число, которое говорит само за себя. Миллиард тонн - столько согласно расчетам весил бы один-единственный кубический сантиметр такого вещества в земных условиях. Как вы сами понимаете, раскрытие тайн подобного феномена заставит нас взглянуть на многие законы природы по-новому.

На пороге новых открытий стоит ядерная физика. Попытки заглянуть внутрь ядра, детальнее разобраться, как оно устроено, какие в нем действуют силы, открыли много неожиданного, поставили перед исследователями новые задачи. Дальнейшее путешествие в мир элементарных частиц, по-видимому, заставит нас пересмотреть нынешние взгляды на строение вещества. Это, несомненно, будет одним из самых крупных достижений науки за все время, что существует человек.

Биологи приближают время, когда человек сможет управлять живой природой, изменяя ее в нужном для себя направлении. Увеличится продолжительность жизни, врачи смогут успешно бороться с ныне неизлечимыми болезнями, в сельском хозяйстве, несомненно, произойдет целый переворот. А когда мы научимся осуществлять фотосинтез не только в полях и садах, но и в реакторах, то "хлеб" и "фрукты", возможно, будут выращиваться в специальном оборудовании прямо на пищевых предприятиях.

Словом, перспективы самые заманчивые. И не случайно люди с таким интересом вчитываются в сообщения о том, что наконец удалось изолировать и сфотографировать ген, и даже школьники без запинки, словно хорошо заученную скороговорку, произносят полное название ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота.

Может показаться, что перечисленные выше проблемы астрофизики, физики элементарных частиц и биологии станут интересны только тогда, когда, уже будучи решены, они дадут поток плодотворных идей, могущих быть реализованными в технике Это не совсем так. Действительно, когда (или если) будут обнаружены, например, новые механизмы выделения энергии, сразу же возникнет конкретная задача - поставить их на службу человечеству. Однако для изобретателя интересны не только результаты научного поиска - он и сам принимает в нем очень активное участие. Не зря Миллионщиков упомянул, как залог грядущих успехов науки, о том, что сейчас ученые вооружены "уникальным, несравнимым по стоимости и сложности ни с каким ранее использовавшимся оборудованием". Ведь именно это оборудование предопределяет успех современных исследований. А оружие для наблюдений и экспериментов ученому дают, конечно же, изобретатели.

Цепная реакция открытий

Если бы не были нацелены в небо чуткие "уши" радиотелескопов, не удалось бы обнаружить и таинственные источники радиоизлучения, затерявшиеся в глубинах вселенной. Развитие физики элементарных частиц немыслимо без строительства гигантских ускорителей. А биология? Здесь иное научное исследование влечет за собой целый клубок самых деликатных изобретательских проблем. Ведь живую клетку не случайно иногда сравнивают со сверхминиатюрным заводом, где протекают сложнейшие технологические процессы, существует свой, отлаженный ритм. Легко ли исследователю проникнуть в этот удивительно сложный мир, не нарушая процессов, которые в нем происходят? Во многих случаях без ультрасовременного исследовательского оборудования познание тайн природы на нынешнем уровне просто невозможно.

Впрочем, предоставим слово самим ученым. "Я хотел бы особо подчеркнуть, что экспериментальные исследования и мощная экспериментальная база позволяют прокладывать и первые тропинки, и широкие дороги в новых, малоизученных областях человеческого знания, без вторжения в которые немыслим технический прогресс". Эти слова принадлежат академику В. Струминскому. Он подтверждает их двумя примерами из деятельности Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения Академии наук СССР. Оба они настолько характерны для современного научного учреждения, что стоит привести их полностью. "Существующие теории позволяют определить характер обтекания тел потоком газа лишь в нижних, плотных слоях атмосферы - здесь задача решается с помощью уравнений классической аэродинамики. Но для больших высот, куда сегодня уже проникли космические аппараты, ракеты и проникает авиация, аналитические и численные методы требуют проверки. Получить необходимую информацию о воздействии потока газа в разреженных слоях атмосферы можно на модельных экспериментах - в специальных вакуумных трубах и на установках с молекулярными пучками.

Еще один пример.

Как известно, все попытки создать теорию турбулентных течений газов и жидкостей закончились неудачей. "Кладбище" теорий турбулентности переполнено. А проблема вот уже почти сто лет существенно не сдвинулась, хотя имеет огромное значение для развития целого ряда отраслей науки и техники: Конечно, технический прогресс и в этом случае не мог остановиться - вся необходимая информация для решения конкретных технических проблем получается в соответствующих экспериментальных установках. Заметим, что трудности создания теории турбулентности связаны не столько с математическими, сколько с физическими проблемами. Поэтому здесь необходимы фундаментальные исследования на экспериментальных установках. В нашем институте построены и пущены в эксплуатацию первые в СССР аэродинамические трубы с дозвуковой и сверхзвуковой скоростью потока малой турбулентности. Едва начав на них работать, мы обнаружили целый ряд новых, весьма интересных явлений.

К настоящему времени в арсенале нашего института действует целая серия аэродинамических и газодинамических установок для изучения процессов и явлений, определяющих перспективы развития и совершенствования многих газовых машин".

Новейшее вооружение институтов и лабораторий, создаваемое инженерами и конструкторами, намного облегчает и ускоряет труд каждого исследователя, а стало быть, и работу всего коллектива над проблемой в целом. Согласно одному из прогнозов к двухтысячному году каждый ученый станет работать как минимум вдвое производительнее. И главным образом благодаря широкому применению электронно-вычислительных машин ЭВМ - находка для кибернетиков, анализирующих логические процессы и связи между явлениями и вторгающихся сейчас буквально во все отрасли науки и техники Но разговор о кибернетике и ее связи с научным творчеством особый, и мы его еще продолжим на других страницах. А сейчас давайте вернемся к ЭВМ, по праву считающимся сейчас одним из главных видов национального богатства.

Действительно, электронный "мозг" необходим и экономистам, и работникам промышленности, и ученым. Чем совершеннее он становится, тем больше наших, человеческих функций приучается выполнять. Сложнейшие теоретические расчеты уже не отнимают, как прежде, годы труда. ЭВМ помогают химикам подробнее изучить ход химических реакций, конструкторам - создавать новые машины. Без них практически сейчас не обходится ни одно крупное исследование. Но изобретателям предстоит еще немало потрудиться, чтобы превратить электронный "мозг" из помощника первопроходца в его постоянного советчика. Для этого нужно максимально упростить программирование так, чтобы специалист мог общаться с ЭВМ почти так же просто, как со своим коллегой. И еще предстоит научить машину наглядно, "как в кино", показывать конструктору, как выглядели бы возникающие у него по ходу работы идеи на практике.

Теоретические и прикладные исследования, изобретательство, конструирование и промышленное производство тесно связаны между собой и благотворно влияют друг на друга. Вот типичный пример. Такое крупнейшее открытие, как явление сверхпроводимости, - лишь один из результатов изучения структуры твердого тела. Это открытие послужило поводом для изобретения магнитов с обмотками из сверхпроводящего сплава. В распоряжении исследователей оказались сравнительно небольшие по размеру установки, создающие огромные по напряженности магнитные поля. Естественно, их тут же взяли на вооружение специалисты самых разных областей - в том числе те, что занимаются физикой твердого тела И им удалось узнать у природы немало нового. Такие случаи, когда крупные изобретения, будучи плодами достижений науки, сами, в свою очередь, подталкивают ее движение, встречаются сейчас все чаще. Они ярче всего свидетельствуют о дальнейшем упрочении союза между исследователями и творцами новой техники.

Современный человек за день расходует примерно раз в сто больше энергии, нежели его далекий первобытный предок. Понятное дело - ведь тот поначалу мог рассчитывать лишь на силу своих мышц, а в нашем распоряжении пар, бензин, электричество. Последнее играет все большую и большую роль. Уже сейчас оно составляет примерно четверть от количества всей той энергии, что потребляет человечество. Каждые десять лет потребление электроэнергии удваивается. Где же ее столько раздобыть?

Выходы в решении этой задачи подсказывают ученые. Их работы в области энергетики - вклад в практику, который трудно переоценить. Разумеется, речь идет прежде всего об электростанциях на ядерном горючем. Разрабатываются новые, более совершенные реакторы, в том числе реакторы-размножители, которые попутно с выработкой электричества воспроизводят и ядерное топливо. Атомные электростанции уже давно дают ток, и близится время, когда они смогут конкурировать с обычными во всех отношениях.

Раз уж зашла речь об энергетике настоящего и будущего, то обязательно надо сказать о магнитогидродинамических генераторах, о топливных элементах. Специалисты предсказывают им большое будущее.

Но, конечно же, могучее влияние науки на современную технику и промышленность заметно не только в этой области. Взять хотя бы физику твердого тела. Без нее невозможно получение все шире использующихся современных конструкционных материалов, полупроводниковых приборов и пленочных элементов, совершивших переворот в радиотехнике.

И так повсюду. Какую бы науку вы ни взяли, любая из них щедро питает своими плодами самые разнообразные отрасли техники.

"Сейчас уже принят ряд мер, направленных на развитие науки и ее сближение с производством. Российская Коммунистическая партия, поддерживая эти меры, стремится к дальнейшему их развитию и созданию наиболее благоприятных условий для научной работы и ее связи с поднятием производительных сил страны".

Год рождения этих исторических, вызывающих сегодня особое уважение строк - 1919-й. Они почерпнуты из одобренного VIII съездом проекта Программы Российской Коммунистической партии.

Интересно сопоставить их с другими. "XX век - век грандиозной научно-технической революции. Идет все ускоряющийся процесс превращения науки в непосредственную производительную силу. Но только социалистическое общество открывает возможности широкого и планомерного развертывания научных исследований, использования их достижений в интересах человека труда..." Это из Тезисов ЦК КПСС "50 лет Великой Октябрьской социалистической революции".

Как видите, уже с самых первых шагов молодая Страна Советов видела в науке силу, способную принести огромную пользу обществу. Спустя многие годы, когда мы подводили итоги своему полувековому пути, была еще раз подчеркнута ведущая роль науки, отмечено, что наилучшие условия для ее развития могут быть только там, где у власти стоит народ. И действительно, сейчас Советский Союз - одна из самых технически передовых стран. Почти пять тысяч научных учреждений объединяет огромную армию специалистов, работающих в самых различных направлениях. К их услугам такое уникальное оборудование, как крупнейший в мире серпуховский протонный ускоритель на 70 миллиардов электрон-вольт, самый большой на земном шаре шестиметровый оптический телескоп, совершенные радиотелескопы, современные электронно-вычислительны машины и многое другое.

Говорят, что как-то один из известных зарубежных ученых провозгласил тост: "За чистую математику, которая никогда не найдет себе применения". В компании наших специалистов он бы наверняка остался без поддержки. Потому что теория и практика, ученый и изобретатель всегда шли у нас рука об руку.

Как вы помните, мы начали разговор с упоминания о первом в мире сверхзвуковом пассажирском самолете ТУ-144. Так вот, наши достижения в области авиации и ракетостроения основываются на солидной теоретической базе. В нее внесли свой вклад специалисты из самых различных областей механики, те, кто занимается изучением процессов горения и взрыва и т. д. и т. п.

Пожалуй, нет такой отрасли народного хозяйства, успехи которой не были бы ознаменованы замечательными достижениями советских ученых. Металлургия, химическая промышленность, горное дело - перечисление можно продолжать очень долго. Точно так же нелегко назвать все те области мировой науки, которые наши специалисты обогатили своими открытиями и ценными наблюдениями. Здесь радиофизика и электроника, физика твердого тела и оптика, теория автоматического управления и физика низких температур.

Время не стоит на месте. Научно-техническая революция продолжается. На ватман ложатся новые линии чертежей небывалых конструкций. В чистом поле, в лабораториях, в небе и под водой идут увлекательнейшие эксперименты. И может быть, сейчас, когда вы читаете эти строки, чье-то перо торопливо выводит на бумаге формулу, которая завтра опрокинет все привычные представления о мире и войдет в историю.

Но история начинается не сегодня. И советские ученые и изобретатели уже вписали славные строки, которые человечество никогда не забудет. Это мы первые заложили основы мирной ядерной энергетики. Мы первые начали исследования по проблеме управляемого термоядерного синтеза. И наконец, первый шаг в осуществлении вековой, самой фантастической мечты сделали тоже мы: человек, опираясь на идеи и изобретения своих земных братьев, устремился в космос. И тот, некогда доступный лишь пытливой мысли ученого, ныне стал полигоном для испытания конструкторской смекалки. Наверное, и среди читателей этой книги окажутся люди, которым суждено проложить человечеству путь еще дальше - к другим планетам, к новым научным истинам.