Попасть в ядро: для чего на самом деле нужны установки megascience

Мы наш, мы мега-мир построим

В 1972 году Объединенный институт ядерных исследований в Дубне начал первый совместный эксперимент под кодовым названием E-36 с физиками Национальной ускорительной лаборатории имени Э. Ферми (Fermilab) в США. В Дубне была сконструирована уникальная криогенная газовая мишень для ускорителя Main Ring, построенного в Fermilab. Первоначально она впрыскивала в кольцо, по которому разгонялись протоны, водород; после экспериментов с ним советские и американские физики на протяжении десяти лет последовательно облучали еще четыре газа, изучая теорию сильных взаимодействий, развивавшуюся советским физиком Исааком Померанчуком. Научная группа формировалась из сотрудников двух организаций, но при этом одновременно в лаборатории находилось не больше 20 ученых из E-36. Но по мнению научного сотрудника Fermilab Виталия Пронских, в организационном отношении эта цепочка экспериментов представляла собой нечто совершенно особенное — один из первых прото-мегасайенс проектов.

Над исследованиями по философии науки Пронских работает в рамках проекта «Социально-историческое исследование первой прото-мегасайенс цепочки совместных экспериментов в физике высоких энергий ОИЯИ (Дубна) — Фермилаб (США) (1970–1978)», поддержанного грантом РФФИ.

В начале 1990-х термин megascience применяли практически к любой большой науке — науке больших установок, стоимости, коллективов и длительности. Приставка «мега-» характеризовала многомиллионную стоимость приборов. Но с середины 2000-х благодаря работам известного историка науки Лиллиан Ходдесон о больших экспериментах Fermilab термином стали называть развившийся в последней четверти XX века тип большой науки, в котором эксперименты превращаются в традиции. В них складываются свои субкультуры и устойчивые международные сообщества, «живущие собственной жизнью». Такие проекты, отмечает исследователь, становятся многоцелевыми, не имеют четкого критерия завершения и длятся неограниченно долго. Чтобы понять, что такое нынешняя megascience, достаточно вспомнить Большой адронный коллайдер — огромная, невероятно дорогая инфраструктура, построенная на средства нескольких стран, интернациональный коллектив исследователей, эксперименты на передовых рубежах науки, которые превращаются в открытия на страницах ведущих научных изданий. Сегодня в России megascience-установки считаются одним из ключевых элементов в обеспечении научной конкурентоспособности страны и технологического прорыва. Развитие передовой инфраструктуры для исследований и разработок, в том числе таких мегапроектов, как высокопоточный реактор ПИК или ускоритель «СКИФ», — самый масштабный подпроект национального проекта «Наука». Каждый такой дорогостоящий объект рассматривается как площадка для фундаментальных и прикладных исследований, которые невозможно провести больше нигде, а значит, как магнит для исследователей всего мира.

Если выделять достойные приставки megascience- проекты только по количественным признакам, то совместную работу физиков Фермилаба и ОИЯИ в 1970-е годы назвать так нельзя. Ускоритель Main Ring был, конечно, довольно большим, но это был полностью американский проект, ни его строительство, ни эксплуатация не требовали активного международного участия. Сами эксперименты цепочки E-36, как уже было сказано, делались небольшим числом исследователей. Но именно во время этой работы сформировались, согласно выводам Пронских, некоторые ключевые черты современных megascience-проектов. Это не столько масштаб установок и созданной вокруг них инфраструктуры, сколько особенности взаимодействия ученых при получении нового знания. Будучи совместным проектом двух стран, находившихся в состоянии холодной войны, E-36 требовал согласия обеих групп по всем важным вопросам научной программы, так как иерархически подчинить одну группу другой было невозможно. Но при этом из-за сравнительно малого и переменного состава совместной группы невозможно было достичь стабильных решений и голосованием. Доверяя друг другу как специалистам, участники E-36 учились приходить к решениям проблем в дискуссии и спорах равных.

От Альвареса до Руанского собора

Кажется очевидным, что в современной науке, особенно в физике высоких энергий с ее гигантскими, сложнейшими и чрезвычайно дорогими установками, открытия делает не отдельный человек, а коллективы ученых. Но кто именно создает новое знание в составе такого «коллективного экспериментатора»? С учетом глубокой специализации разных участников больших коллабораций далеко не каждый из них обладает всей полнотой понимания целей и задач всего эксперимента. Означает ли это, что участник коллаборации, занятый своей узкой задачей, не может считаться активным субъектом познания в масштабах всего проекта? А кто считается — отдельный человек или целая «ядровая» группа людей? Что определяет членство в этой группе — участие в публикации, аффилиация в организации, должность в проекте?

Все эти вопросы еще не вполне решены философией науки. Между тем интерес к ним далеко не абстрактный. Например, проблема сопоставимости авторства статьи в большой коллаборации с авторством традиционным — предмет горячих споров в наукометрии. Другая практическая сторона философских диспутов о субъекте познания в megascience-проектах в том, что в дорогостоящих международных экспериментах странам-участницам хотелось бы видеть, что их представители влияют на принятие решений по научной программе, а не просто выполняют узкие задачи по тематике проекта, не понимая, чем занимаются в соседней комнате. Европейский комитет по будущим ускорителям (ECFA) недавно поднял вопрос о том, что необходимо предпринять, чтобы вернуть молодежи интерес к ускорительной физике — сейчас он снизился по причине неразличимости отдельных участников в больших коллективах экспериментов, слияния индивидуальностей в одно «мы». Очевидно, отмечает Пронских, что, будучи вопросом о человеке, для своего решения он требует участия философов и других гуманитариев в большей мере, чем технических специалистов.

Чтобы описать, в каких социальных формах существуют большие научные проекты, философы используют два основных подхода: модель зон обмена и акторно-сетевую теорию. Под зонами обмена в философии и социологии науки понимают конкретные места и ситуации (конференции, семинары, совместные лаборатории), где встречаются и вырабатывают общий язык представители разных научных культур, например экспериментаторы и теоретики. Акторно-сетевая теория рассматривает научный процесс как взаимодействие в социальной сети различных акторов, в том числе и нечеловеских — актором может быть прибор, животное, другой объект изучения. В такой разнородной сети можно выделить ядро, периферию, акторов разной принадлежности. В своей недавней работе Пронских предложил объединить эти два подхода для изучения megascience и других научных проектов. Это позволило ему выделить признаки, изменения которых меняли облик и результативность научных коллективов на протяжении XX века.

Первый такой признак — то, насколько члены коллаборации объединены общими научными целями и намерениями, насколько они осознают и разделяют цели эксперимента. Считает ли каждый участник работы своей целью, например, поиск «частицы бога»? Как много тех, кто разделяет это намерение, и достаточно ли только намерения, чтобы считаться познающим субъектом? Как те, кто это намерение разделяет, отделены от остальных участников сети? Во-вторых, сводится ли коллективная позиция участников коллаборации к сумме их мнений или даже к мнению руководителя? Если это не так, значит, субъектом познания становится коллектив, а не каждый отдельный ученый. С этим признаком связано использование разных способов познания: кооперативного, когда каждый участник делает свою часть работы, а затем все объединяют выводы; и коллаборативного, когда все исследователи работают над одной задачей совместно.

Опираясь на эти признаки, можно выделить четыре типа «коллективного экспериментатора» в физике последних 60–80 лет. Первый тип Виталий Пронских называет классическим, его можно было наблюдать уже в группе нобелевского лауреата Луиса Альвареса, и до сих пор он широко распространен: в работе могут участвовать десятки исследователей, но руководитель проекта обладает знаниями обо всех этапах эксперимента и принимает все решения единолично. Следующий тип иногда называют советскими megascience-проектами, но от современной меганауки «большую науку» середины XX века все-таки отличают некоторые существенные черты. Как и в типе «Альварес», судьба советского атомного проекта или создания ядерной бомбы в США сильно зависела от судьбы руководителя (Игоря Курчатова или Роберта Оппенгеймера), и окончание эксперимента могло произойти не только из-за его научного завершения, но и в связи с отходом руководителя от дел. В этом типе коллективы уже значительно больше, возникают узкие специализации, направления с отдельными руководителями. Между собой эти руководители направлений взаимодействуют в особой зоне обмена на равных, объединяя результаты своей работы. Но их решения направляет лидер всего проекта, и на всех остальных уровнях проекта, как и в группе Альвареса, взаимодействие ведется кооперативно: каждый работает только над своей задачей и фактически не имеет общих стремлений и намерений с остальными. Следующий тип — прото-мегасайенс, как эксперименты E-36: из-за международного характера проекта в них не могло быть единоличного руководителя, и роль субъекта познания (по крайней мере, его эмпирической, наблюдаемой части), который определяет направления эксперимента и делает выводы, взяла на себя целая группа исследователей. То же самое происходит в последнем, актуальном для современных megascience-проектов типе «коллективного экспериментатора». Единоличное руководство, в отличие от «большой науки» начала атомной эры, здесь полностью заменено работой группы-ядра. При этом структура «коллективного экспериментатора» в целом гораздо сложнее, чем в проектах прото-мегасайенс, и объединяет больше участников. Как и в традиционной «большой науке», участники коллаборации делятся на разные специализации и направления, каждое из которых в отдельности может функционировать по модели «Альварес». Но выходя на уровень ядра коллаборации, руководители направлений встречаются с равными себе по уровню осведомленности и ответственности за проект исследователями. Решения по проекту в целом, новые научные положения формулирует группа-ядро, и субъект познания здесь — больше, чем сумма индивидуальностей. Ни один из участников ядра коллаборации не смог бы сделать сам тех выводов, прийти к тем научным положениям и планам, которые делает коллектив. И эти положения — не результат простого голосования. Члены ядра вырабатывают решения в спорах и усилиях отстоять свою точку зрения перед равными по статусу, что необязательно приводит к консенсусу, но, как правило, — к решению, которым не обладает ни один участник изначально. Такой способ принятия решений иногда называют делиберативным.

Как же строится социальный облик современного «коллективного экспериментатора»? По мнению Пронских, им выступает вся сеть акторов, так или иначе связанных с экспериментом, включающая и научных организаторов, и политические фигуры. Их нельзя отнести к составу научной коллаборации, поскольку их намерения могут отличаться от собственно научных. Следующий круг внутри сети — коллаборация. Все входящие в нее исследователи объединены общим стремлением к результату эксперимента. Но познающим субъектом, который обладает полной информацией об этапах работы и делает из нее выводы, можно назвать только ядро коллаборации. В составе ядра в современных международных megascience-проектах могут выделяться различные комиссии и комитеты, периодически обновляемые. От других участников проекта ядро отделяет тот факт, что они сотрудничают коллаборативно, а не кооперативно, — выводы, которые они делают, появляются в результате совместной работы, а не как сумма позиций отдельных ученых. При этом авторами статей от имени коллаборации могут быть не только участники ядра: публикации представляют результаты работы акторов из разных фрагментов сети и очень важны для поддержания единства намерений в проекте. В отличие от крупных проектов в других сферах, от участников megascience-экспериментов действительно требуется разделять общее стремление к открытию, совместному познанию одних и тех же явлений природы. В некоторых случаях публикации с тысячами авторов могут носить скорее ритуальный характер: исключительно важно видеть свое имя в составе крупнейшего научного проекта, знать, что ты тоже, как в известной притче, «строишь Руанский собор», причастен традиции, какой является длительный современный эксперимент.

Единое и разделимое

Классификация «коллективных экспериментаторов» вполне может быть основой для практических выводов и рекомендаций. Одна из проблем российской физики высоких энергий, как отмечает Пронских на примере ОИЯИ, заключается в том, что, хотя российские и дубнинские физики входят в большое число коллабораций за рубежом и страна за последние годы сильно вложилась в такие проекты, например, на базе CERN или Fermilab, они редко проявляют инициативу, чтобы работать в составе институциональных, исполнительных и коллаборационных советов, комитетов по публикациям и выбору докладчиков на конференции. Эти советы не всегда совпадают по составу с руководящими представительскими органами проекта, они менее формальны и обычно составляют то самое ядро коллаборации. Без присутствия в ядре российские участники коллабораций не могут столь же полноценно влиять на научные программы экспериментов и стратегии их развития, как участники из других развитых стран. Чтобы преодолеть это, необходимо на базе «домашних» megascience-проектов готовить сотрудников для международных коллабораций — не просто технически компетентных ученых, а подготовленных к коммуникации в составе ядер, специалистов по научной дискуссии и аргументации, профессиональных полемистов. Также необходимо и мотивировать зарубежных коллег к участию в базирующихся в России megascience-экспериментах, и привлекать к сотрудничеству с ними тех российских физиков, кто работает в проектах зарубежных крупных коллабораций, чтобы перенимать опыт мировой меганауки.

Эти рекомендации, отмечает Пронских, подойдут коллективам любых крупных проектов, не только ОИЯИ, будь то ПИК или СКИФ, создаваемые в России в рамках нацпроекта «Наука». Если задачи эксперимента ограничены, он вполне может управляться одним человеком по типу группы Альвареса — эта модель не устарела и успешно действует во многих областях науки во всем мире. Но когда речь заходит о долгих цепочках экспериментов, о многих направлениях научного поиска, о дорогостоящих экспериментальных установках, которые строятся на поколения и объединяют тысячи сотрудников, неэффективно передавать руководство одному человеку. Коллективное ядро обеспечит более длительную традицию и преемственность лидерства, чем один руководитель, а единство стремлений и целей у широкого сообщества ученых поддержит высокий уровень коллективной мотивации. Иначе говоря, подчеркивает исследователь, megascience — это не только и не столько крупные исследовательские инфраструктуры, ускорители и реакторы и даже не только и не обязательно большие коллективы, а именно такой способ коммуникативного взаимодействия и организации этих коллективов, который позволяет этим проектам стать источниками, носителями и хранителями коллективного знания. Эффективная megascience — это сотрудничество и взаимодействие ученых на равных позициях и с общими целями. И такая инфраструктура коммуникации не менее важна, чем техническое совершенство установок.

Как могут измениться перспективы megascience с учетом вероятных последствий пандемии COVID-19? Ведь они требуют слаженной работы тысяч человек. Как ни парадоксально, по мнению Пронских, в среднесрочной и долгосрочной перспективе не стоит опасаться серьезных изменений даже при продолжении социального дистанцирования. Негативных изменений следует ожидать с точки зрения упадка экономики и последующего снижения возможностей стран по созданию установок для таких проектов, но не организации собственно научных исследований. Проекты megascience изначально являются распределенными по множеству стран и городов, как в плане создания частей установок, так и выполнения экспериментов и анализа данных. В больших коллаборациях нередки ситуации, когда соавторы ни разу не встречались в жизни, не общались и даже не всегда представляли, какой участок работы выполняет тот или иной участник, а большинство поддерживало контакт только по электронной почте либо видеосвязи; это всегда было штатным режимом работы коллаборации, не препятствовавшим достижению научного результата. Даже в E-36, в далеких 1970-х, газовая мишень была изготовлена в Дубне по параметрам, обсуждавшимся в течение года по телексу (предшественнику электронной почты) с Fermilab, а затем легко пристыкована к американскому ускорителю. Распределенно, в частности, функционировали и коллективы экспериментов CERN, открывших бозон Хиггса. А поскольку и управление набором данных экспериментов столь же давно и успешно ведется из удаленных комнат управления (для экспериментов в CERN — из Fermilab, а в экспериментах Fermilab — из Дубны), и данные на анализ доступны из любой точки мира, то присутствие многих участников в одной организации, стране и помещении вовсе не обязательно, да и нежелательно. Взаимная удаленность участников и их рассеянность по миру, которая раньше рассматривалась как недостаток megascience, в новых условиях неожиданно становится ее преимуществом.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.