Тайны и мифы науки. В поисках истины - Городницкий Александр Моисеевич (книга читать онлайн бесплатно без регистрации TXT) 📗
Но, возможно, главная опасность для жизни на нашей планете – в нас самих, в человеке, в современных научных экспериментах, в том числе и атомных. В известной фантастической повести братьев Стругацких «За миллиард лет до конца света» описаны злоключения астрофизика Дмитрия Малянова, который близок к решению какой-то важной научной проблемы, но неожиданно сталкивается с непреодолимыми обстоятельствами, которые не дают ему возможности завершить свою работу. Оказывается, сверхцивилизация «внеземных странников» отслеживает все открытия в науке, которые могут стать угрозой для «гомеостазиса Вселенной».
Нельзя не вспомнить в связи с этим, что в 2008 году жительница швейцарского Цюриха обратилась в Высший административный суд немецкой земли Северный Рейн-Вестфалия с необычным иском: она просила избавить ее, а также всех жителей планеты от опасности Конца Света. Речь шла о запрете на пуск Европейской организацией по ядерным исследованиям крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий – Большого адронного коллайдера, расположенного на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. Немецкий суд не стал рассматривать иск, поскольку счел, что истица недостаточно убедительно обосновывает, каким именно образом работа коллайдера нарушает ее права. Что же такое адронный коллайдер, почему он способен разрушить мир и как он устроен?
В буквальном переводе с английского слово «коллайдер» означает «сталкиватель». Это то устройство, в котором разгоняются до высоких скоростей, а потом сталкиваются между собой два пучка элементарных частиц: позитронов, протонов и нейтронов. Работают коллайдеры уже давно. Первые научные данные с коллайдера ВЭП-1 опубликовала команда советских ученых под руководством академика Г.И. Будкера (1918-1977) в далеком 1965 году. Еще раньше появились синхрофазотроны, в которых один пучок частиц разгонялся и сталкивался с мишенью. Такой прибор появился в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне в 1957 году. Построенные в ОИЯИ синхрофазотрон и синхроциклотрон в 60-х годах прошлого века были крупнейшими в мире ускорителями заряженных частиц, сыграв значительную роль в развитии физики. Именно в Дубне ученые впервые смогли разогнать до околосветовых скоростей не только протоны, но и более сложные частицы – ядра атомов. Однако за полвека возможности ускорителей сильно выросли. Поэтому запущенный в конце 2009 года в ЦЕРНЕ Большой адронный коллайдер сталкивает частицы с энергиями в тысячу раз большими, чем дубнинский синхрофазотрон.
Надо сказать, что Большим адронным коллайдером начали пугать людей задолго до его пуска. Так, в популярном романе Дэна Брауна «Ангелы и демоны» и в снятом по этому роману фильме было показано, что ученым в ЦЕРНЕ удалось получить четверть грамма антивещества, которые выкрали агенты Ватикана, угрожая с их помощью взорвать Рим.
Что же такое антивещество? У каждой элементарной частицы есть своя античастица. У электрона – позитрон, у протона – антипротон. Когда эти античастицы сталкиваются, то они исчезают со вспышкой света, или, как говорят, аннигилируют. При этом выделяется огромное количество энергии. Помните знаменитую формулу эквивалентности массы и энергии: E=mc2 (Е – энергия объекта, m – его масса, c – скорость света в вакууме, равная 299 792 458 м/с.)? Она как раз подходит для этого случая. Потому что количество высвобождаемой энергии совершенно колоссально. Во всяком случае, гораздо мощнее, чем атомная бомба, сброшенная американцами на Хиросиму.
Однако в романе Брауна правдой является только то, что, действительно, четверть грамма антивещества способны уничтожить такой большой город, как Рим, а также то, что физики способны создавать антиматерию. Все же остальное к реальности отношения не имеет. Большой адронный коллайдер – это не завод по изготовлению антиматерии, поэтому для того, чтобы такое же количество антивещества изготовить на основе современных ускорителей, потребовались бы миллиарды лет.
Антивещество интересует физиков не просто так. Теоретики, прежде всего академик Ландау, предложили обобщенный принцип симметрии. Согласно ему переход из зеркального в обычный мир должен сопровождаться переходом от античастицы к частице. Это фундаментальное правило, которое было положено в основу современной теории стандартной модели.
Спустя восемь лет после первого открытия античастиц в 1956 году в Брукхейвенской лаборатории в Соединенных Штатах четверо физиков: Фитч, Кронин, Турле и Кристенсен – провели эксперимент, в котором показали, что с долей приблизительно 0,2 % в распадах странных частиц симметрия нарушается. Это произвело сенсацию в научном мире. Авторы получили Нобелевскую премию. Несколько позже, в конце 1960-х, академик Сахаров высказал гипотезу, что в основе всех нарушений симметрии лежит и возникновение Вселенной. Если в мире существует полная симметрия между материей и антиматерией, то Вселенной, как таковой, быть не может. Материя все время будет сталкиваться с антиматерией и переходить в энергию. А энергия опять дает равное количество материи и антиматерии. Процесс становится бесконечным. Нужен хотя бы небольшой толчок, чтобы вещества стало больше, чем антивещества, и замкнутый круг разорвался.
Поэтому процесс изучения симметрии вещества и антивещества, как и любых симметрий, их нарушения, – это изучение наиболее философских проблем существования Вселенной и нашего мира. Разумеется, после версии с антивеществом появились новые варианты того, как можно уничтожить наш мир при помощи Большого адронного коллайдера. И самый вероятный – при помощи так называемой «черной дыры». Существует устойчивый миф, что в результате столкновения частиц в коллайдере образуется микроскопическая черная дыра, которая внезапно начинает расти и поглощает нашу планету.
Что же такое черная дыра? И почему она черная? У всякого тела существует поле силы тяжести или, как его называют, гравитационное поле, природа которого нам, кстати, неизвестна. Чтобы преодолеть земное притяжение и улететь, например, на Марс, необходимо развить достаточно высокую скорость – более 11 километров в секунду (так называемая вторая космическая скорость). Если мы представим, что можно сжать Землю до небольших размеров и увеличить ее плотность, то вторая космическая скорость будет гораздо выше и лететь придется гораздо быстрее. Если же мы сожмем нашу планету до совсем крошечных размеров – меньше двух сантиметров в диаметре, то вторая космическая скорость для нее станет больше 300 тысяч километров в секунду, больше скорости света. Это значит, что ничто не сможет вырваться за пределы ее тяготения, даже свет. Все, что попадет на Землю, останется на ней навеки.
Черная дыра – это особая область пространства, сигнал из которой не может попасть наружу. Если какой-то предмет упал в черную дыру, у нее нет поверхности, есть так называемый горизонт, если предмет пересек горизонт, то выйти обратно он уже не может. В космосе известны только очень большие черные дыры, оставшиеся после взрыва сверхновых звезд. И еще черные дыры в центре Галактики. Но теория допускает и наличие микроскопических черных дыр за счет существования других измерений и образования их в коллайдерах. Оказалось, что, если столкнуть в коллайдере два протона лоб в лоб, образуется маленькая черная дыра. Ну, а поскольку черные дыры людям представляются как опасный объект, все засасывающий внутрь себя, то, естественно, стали говорить о том, не засосет ли нас в эту черную дыру?
Черные дыры могут быть большого размера и маленького. Есть квантованные черные дыры, которые, если теория верна, в микроскопических количествах существуют везде. Существуют довольно простые доказательства того, что микроскопические черные дыры безопасны. Сама по себе микроскопическая черная дыра поглотить ничего не может. Для этого нужен перепад давления. Да и притянуть она ничего не может, потому что масса у нее очень маленькая. Для того чтобы она поглотила атом, надо, чтобы она напрямую столкнулась с его ядром. А что касается отношения размеров, то если каждый атом представить арбузом, то в каждом из них ядро по диаметру составляет меньше миллиметра. Представляете теперь, когда черная дыра пролетает через всю эту массу, какова вероятность ее столкновения с протоном или нейтроном? Практически нулевая.
