ДВА
НАУКА ПЛОЩАДКИ ДЛЯ СКВОША
Площадка для сквоша может быть использована для того, чтобы придавать вещам скорость гораздо выше, чем у резинового мячика…
Второго декабря 1942 года, на площадке для сквоша под трибунами стадиона Стэгг-Филд Чикагского Университета, наступила новая технологическая эра. Эта технология была рождена войной, однако одним из её следствий было то, что перспектива войны стала настолько ужасна, что, медленно и нерешительно, война в глобальном масштабе становилась всё менее вероятной(4). В Стэгг-Филд физик Энрико Ферми, итальянец по происхождению, и его группа впервые в мире добились самоподдерживающейся ядерной цепной реакции. Таким образом, смогла появиться атомная бомба, и позднее, атомная энергия для гражданских нужд. Но было и куда более важное последствие: рассвет Большой Науки и новый вид технологического изменения.
{4. Или, по крайней мере, менее радиоактивной. Нам остаётся только надеяться.}
Никто не играл в сквош под трибунами Стэгг-Филд, пока там стоял реактор - но у многих из работавших там людей было такие же чувства, как у Думминга Тупса… в большинстве своём ненасытное любопытство, на пару с периодами навязчивого сомнения, оттенёнными мерцанием ужаса. Любопытство дало этому начало, а ужас подвёл итог.
В 1934 году, после длинной серии открытий в физике, относящихся к явлению радиоактивности, Ферми обнаружил, что с веществами происходят интересные события, когда они подвергаются бомбардировке "медленными нейтронами" - субатомными частицами, испускаемыми радиоактивным бериллием, и пропущенными через парафин, чтобы замедлить их. Ферми открыл, что медленные нейтроны - как раз то, что нужно, чтобы заставить другие элементы испускать свои собственные радиоактивные частицы. Это выглядело многообещающим, поэтому он направлял потоки медленных нейтронов на всё, что только мог придумать, и, в конце концов, испытал неприметный тогда элемент - уран, используемый вплоть до этого в основном в качестве источника жёлтого пигмента. Каким-то напоминающим алхимию образом уран под ударами медленных нейтронов превратился во что-то совершенно новое - но Ферми не мог понять во что.
Четыре года спустя, трое немцев: Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман - повторили эксперименты Ферми, и, будучи лучшими химиками, они узнали, что случилось с ураном. Таинственным образом, он превратился в барий, криптон и небольшое количество других вещей. Мейтнер поняла, что процесс "ядерного деления" выделяет энергию, причём любопытным способом. Было известно, что с помощью химии можно превратить материю в другой тип материи, но в этот раз некоторое количество материи в уране превратилось в энергию: раньше такого не видел никто. Так случилось, что Эйнштейн уже предсказал такую возможность теоретически своей знаменитой формулой, которую библиотекарь Незримого Университета, орангутанг(5), представил бы как "У-ук"(6). Формула Эйнштейна утверждает, что количество энергии, "содержащейся" в данном количестве вещества, равно массе вещества, помноженной на скорость света, а затем ещё раз помноженной на неё же. Как сразу заметил Эйнштейн, свет настолько быстр, что кажется даже, что он не движется, таким образом, его скорость, несомненно, велика… а скорость, помноженная на себя - просто огромна. Другими словами, из небольшого кусочка вещества можно получить ужасно много энергии, если только найти способ это сделать. И Мейтнер разгадала фокус.
{5. Он стал жертвой магического несчастного случая, и ему это нравится. Но вы это знаете.
6. Говорят, что каждая формула в два раза уменьшает продажи научно-популярной книги. Это ерунда - если бы это было правдой, продали бы только одну восьмую копии Нового Разума Императора Роджера Пенроуза, тогда как на самом деле были проданы сотни тысяч книг. Однако, просто на случай, если в этом есть доля правды, мы применили свой путь описания этой формулы, чтобы удвоить потенциальные продажи. Вы все знаете, какую формулу мы имеем в виду. Символьную запись её можно обнаружить на 118 странице Краткой Истории Времени Стивена Хокинга, так что, если миф верен, то он бы мог продать в два раза больше экземпляров - тревожащая мысль.}
Единственное уравнение может сократить продажи книги наполовину, а может и не сократить, но то, что оно может совершенно изменить мир - это точно.
Хан, Мейтнер и Штрасман опубликовали своё открытие в британском научном журнале Nature в январе 1939 года. Девять месяцев спустя Британия была втянута в войну, войну, которую завершит военное применение их открытия. В этом есть ирония: величайший научный секрет Второй мировой войны был выдан как раз перед её началом, и это показывает, насколько политики были не в курсе - к добру или к худу - потенциала Большой Науки. Ферми сразу понял значение статьи в Nature и пригласил другого высококлассного физика, Нильса Бора, который привнёс новый поворот: цепную реакцию. Если определённый, редкий вид урана под названием уран-235 подвергался бомбардировке медленными нейтронами, он не только расщеплялся на другие элементы и выделял энергию - он к тому же испускал новые нейтроны. Которые, в свою очередь, подвергали бомбардировке новую порцию урана-235… Реакция становится самоподдерживающейся, и возможный выход энергии будет просто гигантским.
Сработает ли это? Можно ли получить таким способом "что-нибудь за просто так"? Выяснение не обещало быть лёгкой работой, потому что уран-235 перемешан с обычным ураном (ураном-238), и выделять его - всё равно, что искать иголку в стоге сена, когда иголка сделана из соломы.
Были и другие поводы для беспокойства… в частности, может ли эксперимент быть слишком успешным, начав цепную реакцию, которая распространится не только на экспериментальный уран-235, но также и на всё остальное на Земле? Может ли атмосфера загореться? Вычисления говорили, что может быть и нет. Кроме того, беспокоились о том, что если Союзники не заставят работать ядерное деление, то немцы могут их обогнать. На распутье: мы взорвём мир, или враг взорвёт мир - выбор был очевиден.
Это, если задуматься, не слишком весело.
Это могло быть археологическим реликтом какой-либо древней цивилизации, чья технология достигла уровня атомной энергии, но более подходящее, хотя и более скучное, объяснение в том, что Окло - "естественный реактор". По какой-то случайной причине данное месторождение урана более богато ураном-235, чем обычно, и спонтанная цепная реакция продолжалась сотни тысяч лет. Природа здесь давно обогнала науку и без площадки для сквоша.
Если, конечно, это всё-таки не реликт древней цивилизации.
До конца 1998 года, естественный реактор в Окло был так же лучшим найденным доказательством того, что у одного из величайших вопросов "что если?" в истории науки - неинтересный ответ. Этот вопрос: "Что если природные константы таковыми не являются?"
Наши научные теории держатся на множестве чисел - "фундаментальных констант". Примеры включают в себя скорость света, постоянную Планка (основную для квантовой физики), гравитационную постоянную (основную для теории гравитации), заряд электрона и т.п. Принятые теории предполагают, что эти числа всегда были одними и теми же с самого начала Вселенной. Наши расчёты о природе самой этой ранней вселенной полагаются на то, что эти числа не менялись; если они были бы другими, мы бы не знали, что подставить в эти расчёты. Это всё равно, что рассчитывать подоходный налог, когда не известна процентная ставка. Время от времени, различные учёные выдвигают те или иные теории из разряда "что если?", в которых они рассматривают возможность того, что одна или несколько из фундаментальных констант не являются постоянными. Физик Ли Смолин выдвинул даже теорию развивающихся вселенных, от которых отпочковываются вселенные-малышки с другими фундаментальными константами. Согласно этой теории, наша Вселенная особенно хорошо производит таких малышей, а так же особенно хорошо подходит для развития жизни. Сочетание этих двух факторов, доказывает он, не случайно (между прочим, волшебники НУ чувствовали бы себя как дома с идеями, подобными этой - на деле, достаточно передовая физика неотличима от магии).
Окло заверяет нас в том, что фундаментальные константы не менялись в течение последних двух миллиардов лет - это составляет около половины возраста Земли и десять процентов от возраста Вселенной. Ключом к определению этого факта явилась особая комбинация фундаментальных констант, известная как "постоянная тонкой структуры"(7). Её значение очень близко к 1/137 (и много чернил было истрачено на объяснение этого целого числа 137, по крайней мере, до тех пор, пока более точные измерения не приравняли её значение к 137,036). Преимущество постоянной тонкой структуры в том, что её значение не зависит от выбора единиц измерения - в отличии, например, от скорости света, которая принимает разные численные значения, если её выражать в милях в секунду и в километрах в секунду. Русский физик Александр Шляхтер проанализировал различные химические соединения в "ядерных отходах" реактора в Окло и посчитал, какое значение должна была иметь постоянная тонкой структуры два миллиарда лет назад, когда реактор работал. Результат совпал с нынешним значением до шестого знака после запятой включительно.
{7. Постоянная тонкой структуры по определению являет собой квадрат заряда электрона, делённый на двукратную постоянную Планка, помноженную на скорость света и на диэлектрическую проницаемость вакуума (в качестве удобной лжи, последний термин можно представлять как "реакцию вакуума на электрический заряд"). Спасибо за внимание.}
Однако, в конце 1998 года группа астрономов под руководством Джона Вебба провела очень точные исследования света, испущенного чрезвычайно далёкими, но очень яркими объектами под названием квазары. Они обнаружили небольшие изменения некоторых свойств этого света, называемых спектральными линиями, которые связаны с колебаниями различных типов атомов. В результате, они обнаружили, что много миллиардов лет назад - гораздо раньше, чем появился реактор в Окло - атомы колебались не совсем с той скоростью, как сейчас. В очень старых газовых облаках ранней Вселенной, постоянная тонкой структуры отличается от сегодняшнего значения на одну пятидесятитысячную. Это огромное отклонение по стандартам данной области физики. Насколько кто-либо может судить, такое непредвиденное значение - не ошибка эксперимента. Теория, выдвинутая в 1994 году Тибольтом Дамуром и Александром Поляковым, действительно указывает на возможную вариацию постоянной тонкой структуры, но лишь в одну десятитысячную того, что получила группа Вебба. Всё это несколько запутанно, и большинство теоретиков разумно предпочитают подстраховаться и подождать дальнейших исследований. Но это может быть намёком: возможно, мы скоро должны будем согласиться с тем, что законы физики были немного другими на окраинах времени и пространства. Возможно, не черепахоподобными, но… другими.
