Читать книгу Удивительные истории о веществах самых разных - Бахыт Кенжеев - Страница 2

Есть научные открытия и концепции, которые (в бесконечно упрощенном и даже, можно сказать, опошленном виде) успешно приживаются в массовой культуре, так сказать, завораживают общественное сознание, иной раз даже проникая в художественную литературу. Среди них, например, черные дыры и озоновые дыры, канцерогены (к которым желтая журналистика причисляет едва ли не все субстанции на свете), ГМО – генно-модифицированные организмы, глобальное потепление. Все это нередко служит основой того, что в старые времена называлось байками, а теперь именуется (калька с английского, разумеется) городскими легендами. И любой выпускник колледжа, получивший ученую степень бакалавра клининга и мерчандайзинга, непременно слышал про антивещество. Существует ли оно в природе – другой вопрос.

В 1928 году гениальный 26‐летний английский физик Поль Дирак вывел довольно абсурдную, с точки зрения здравого смысла, формулу – уравнение Дирака, – из которой следовало, что должен существовать электрон с отрицательной энергией. Однако здравый смысл (после появления теории относительности и квантовой механики изрядно подмочивший свою репутацию) уже утратил былую популярность, и физики согласились, что должна существовать частица с нормальной положительной энергией, но с положительным зарядом (электрон заряжен отрицательно). Эту частицу, позитрон, открыли уже в 1932 году, а в следующем году за свое блестящее предсказание Дирак получил Нобелевскую премию.

Вскоре после открытия позитрона стало понятно, что у любой частицы имеется своя античастица. За элегантным исключением – например, фотон является одновременно античастицей по отношению к самому себе. (Впрочем, у фотона отсутствует масса покоя, так что «полноценным человеком» его считать не приходится.) Такие частицы называются истинно нейтральными, к ним относится и пресловутый бозон Хиггса, на поиски которого уже потратили десяток миллиардов долларов – именно столько стоил Большой адронный коллайдер (БАК), недалеко от которого до сих пор кое‐кто изготовляет дефектный (с большим количеством дырок) швейцарский сыр.

Атеисты (включая одного из авторов) считают, что как из частиц получается вещество, так и из античастиц можно сложить антивещество. Правда, это антивещество живет ничтожное время, тут же взрываясь (аннигилируя) при соприкосновении с веществом. Но где‐то во Вселенной есть этого самого антивещества огромные залежи. И когда человечество построит Очень Большой Звездолет, то он привезет из созвездия Тау Кита Очень Много Антивещества. Мы поместим его в особую ловушку и будем понемногу аннигилировать, а получающуюся энергию тратить на освещение Лас-Вегаса и бизнес-центра Москва-Сити.

Физикам из ЦЕРНа (Европейский центр ядерных исследований) в конце концов удалось‐таки загнать в ловушку немножко антивещества, которое прожило аж 0,17 секунды – это рекорд! Хотя загнанное в ловушку антивещество Дэна Брауна из романа «Ангелы и демоны» может находиться там сколько угодно времени – пока террорист не выпустит этого джинна из бутылки и не взорвет Землю. Предсказание довольно страшное.

Полученное антивещество представляло собой антиводород. Обычный атом водорода состоит (немного упрощенно) из положительного протона, вокруг которого носится отрицательный электрон. Соответственно, в антиводороде вокруг отрицательно заряженного антипротона носится положительно заряженный позитрон. Атомы антиводорода в ЦЕРНе получали и раньше, но так надолго – в первый раз. Это действительно достижение, потому что даже за столь короткое время физикам удается много чего измерить.

Для получения антиводорода физики из ЦЕРНа изготовили огромную магнитную ловушку, весом в несколько тонн (у Дэна Брауна ловушка была размером с трехлитровую банку). Но история с уменьшением размеров и стоимости мобильников раз в сто за пятнадцать лет показывает, что это дело наживное, террористам осталось подождать не так уж и долго. А ждать им есть чего – при аннигиляции всего 1 килограмма антивещества с 1 килограммом вещества выделяется энергия, соответствующая 43 миллионам тонн тротила. Это меньше, чем у рекордной советской водородной «Царь-бомбы» (57 мегатонн), но раз в десять больше, чем было использовано тротила всеми армиями во время Второй мировой войны.

Однако и украсть такое количество антивещества террористам будет довольно трудно и еще труднее купить. Эксперименты по синтезу антивещества обходятся в изрядную копейку – получить не то что килограмм, а даже 1 грамм антиводорода стоило бы триллионы (!) долларов. Впрочем, и эта цена наверняка со временем упадет, и тогда можно будет приступить к практическому использованию антивещества.

Чудовищная энергия, выделяющаяся при аннигиляции, могла бы решить все энергетические проблемы человечества на долгие-долгие годы. Тем более что альтернатива – управляемый термоядерный реактор – явно закисла и энтузиазм по этому поводу погас. (А какие были надежды! Помните нашумевшую статью о холодном термоядерном синтезе? Даже авторы этой книги, признаться, на несколько дней пришли от нее в состояние порядочного воодушевления, представив себе картину будущего: на столе стоит колба с раствором тяжелой воды и кусочком платины, к ней подключен трансформатор, от которого питается вся электротехника в доме, а из особого вентиля выделяется гелий, которым наполняются посеребренные воздушные шарики, – словом, рай!) Однако и в случае аннигиляции неплохо было бы сначала посчитать, а сколько энергии потребуется для изготовления этого антивещества. Не больше ли, чем потом выделится, как, например, в случае замены бензина этиловым спиртом из кукурузы?

Поэтому более реальным представляется использование антивещества в особых целях, скажем, для выделения энергии в ракетных двигателях, то есть там, где цена более или менее безразлична, гораздо важнее чистая эффективность. Подсчитано, что использование аннигиляции позволит слетать на Марс и обратно не за годы, а в течение нескольких дней. Тут еще немало неясностей, но принципиально проблема может считаться решенной – в отличие от самой большой загадки Вселенной, а именно практического отсутствия в ней античастиц.

Увы, за все время наблюдений Вселенной астрономы не обнаружили ни одного объекта, состоящего из антивещества. Не странно ли, если учесть, что по современной теории возникновения Вселенной – теории Большого Взрыва – такая асимметрия невозможна. Частиц и античастиц должно было образоваться поровну. Куда делось антивещество – непонятно, и его ищут. (Один из авторов, придерживаясь христианской веры, считает эту проблему несуществующей, поскольку Господь Бог, по его мнению, в какой‐то момент решил, что не испытывает особой нужды в антивеществе – типа, ну, не нравится оно ему!) Ищут с помощью БАКа, ищут пожарные, ищет милиция, пытаясь воспроизвести условия, существовавшие в первые мгновения после Большого Взрыва, все еще ищут на небе – совсем не исключено (считает другой автор, придерживающийся вольнодумных атеистических воззрений), что мы просто антивещество пока не обнаружили и где‐то за спиной Большой Медведицы оно и прячется. И там как раз и находятся Антимиры, который так волновали Андрея Вознесенского еще в 60‐е годы прошлого века. На Таганке спектакль «Антимиры» давно не идет, но вдруг он продолжает собирать стадионы в Анти-Таганке, в антимирах? Правда, он должен там называться наоборот – «Миры».

Молодому поколению надо, вероятно, пояснить, что у древних радиоприемников (были такие приборы, находящиеся в таком же отношении к Интернету, как велосипед к авиалайнеру) имелись особые «лампы» (примитивный вариант светодиода) зеленого цвета, помогавшие «настроиться на волну» или «поймать волну». Это было довольно увлекательное занятие.

Итак, за исключением истинно нейтральных частиц у всех других есть своя античастица. Но как быть, например, с нейтроном – электрически нейтральной частицей? В том‐то и дело, что удостоиться звания античастицы можно, не обязательно имея противоположный к частице заряд. У всех элементарных частиц есть целый набор свойств, часть которых доступна человеческому пониманию (например, электрический заряд или магнитный момент), а некоторые никакого соответствия в нашем макромире не имеют. Например – «цвет», но к этому цвету знаменитое «каждый охотник желает знать, где сидит фазан» не имеет никакого отношения; в данном случае это слово обозначает свойство, понятное только физикам. Причем этот цвет имеет числовое значение, например 2/3. Или еще изящнее – свойство «очарование», или «шарм». Так что у некой незаряженной частицы шарм равен, скажем, единице, а у античастицы – нулю. Впрочем, это случается и в макромире.