Пол Хэлперн - Коллайдер

• Название: Коллайдер
• Автор: Пол Хэлперн
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Физика
• Год: 2010

Осенью 2008 года газеты запестрели заголовками, сообщавшими» будто в недрах Большого адронного коллайдера (БАК), на котором физики собирались расщепить вещество на элементарные частицы, родятся микроскопические черные дыры, способные поглотить Землю.

Какое значение имеет БАК для науки? Что ученые ищут? Почему физика, возможно, вскоре совершит один из величайших рывков в своей истории? Все эти вопросы обсуждаются в книге «Коллайдер». Автор, кроме всего прочего, доказывает, почему невозможно ни практически, ни теоретически, что на БАК появятся черные мини-дыры, которых все так боятся.

---

Пожалуй, самый популярный сценарий конца света из-за БАК связан с черными дырами. Он гласит: пучки будут настолько интенсивными, что в горниле ускорителя родится крошечная черная дыра, которая, подобно слизистой твари из фильма ужасов «Капля» (Blob), начнет засасывать все на своем пути, пока не поглотит всю Землю целиком. Справедливости ради скажем, что в некоторых теоретических схемах предсказывается возникновение микроскопических объектов с сильным гравитационным полем.[4] Однако представления о прожорливости миниатюрных черных дыр не более чем заблуждение. Любые родившиеся на БАК объекты слишком малы, чтобы представлять какую-либо угрозу.

Обычные черные дыры рождаются на последних стадиях эволюции массивных звезд (как минимум в три раза тяжелее Солнца) в результате стремительного сжатия (коллапса). Своим именем они обязаны их гравитационному полю, настолько сильному, что из-под воображаемой поверхности, называемой горизонтом событий, не может вырваться даже свет. Если черная дыра входит в двойную систему, она может расти за счет звезды-компаньона. Той, в свою очередь, ничего не остается, как подпитывать свою черную соседку.

Гипотеза миниатюрных черных дыр строится на том предположении, что огромную массу удастся сжать до размеров элементарных частиц. У этих крошечных объектов горизонт событий охватывал бы настолько маленькую область, что их гравитационное поле нельзя было бы заметить на расстоянии даже в 1 см, не говоря уже о земных масштабах. К тому же из-за так называемого хокинговского излучения они бы вмиг испарились, излучив при этом ряд других частиц. Так что черные дыры не то что не могут достигнуть хотя бы субатомных размеров - у них вообще практически нет шансов выжить. Другими словами, они бы даже БАК не смогли разрушить, а Землю и подавно.

«Вся эта история с черными дырами сильно раздута, - сказал Питер Хиггс в интервью британской “Индепендент”. - Сами теоретики, предсказывающие возможность образования черной мини-дыры, не верят, что она может быть настолько крупной, чтобы начать пожирать нашу Вселенную. Скорее всего, кто-то узнал про такую возможность из СМИ и не совсем правильно ее понял»6.

За несколько дней до неудачно закончившегося пуска в сентябре 2008 г. новостные ленты пестрели апокалипсическими историями. «Знакомьтесь, Атомный Эванс - человек, который в среду положит миру конец», - так британский таблоид «Дейли Мейл» представил руководителя БАК. В начале статьи говорится, что живший в Уэльсе Эванс со своим набором юного химика частенько устраивал взрывы, из-за которых «несколько раз вырубало пробки во всем доме»7. А может быть, задается вопросом автор, настало время Эвансу вырубить весь мир?

Одна группа активистов под началом Уолтера Вагнера, бывшего чиновника, занимавшегося вопросами ядерной безопасности, дошла ни много ни мало до того, что подала на БАК в суд, требуя полной остановки эксперимента. Чтобы успокоить общественные волнения по поводу надуманных сценариев конца света, работающие с ускорителем ученые выпустили подробный отчет, где оценили потенциальную угрозу БАК для планеты и показали, что нет никаких оснований чего-либо опасаться. В «Исследовании потенциально опасных событий при столкновениях тяжелых ионов на БАК» 2003 г. говорится, что «в случае энергий и светимостей, достижимых на БАК, классическими гравитационными эффектами [черных мини-дыр] можно полностью пренебречь»8. Повторный обзор, проведенный в 2008 г., также не подтвердил «чернодырную» угрозу. В обоих отчетах подчеркивается, что если такие объекты существуют в природе, то они должны встречаться и в космических лучах высоких энергий, которые непрерывно бомбардируют нашу Землю. Одно то, что человечество до сих пор живо, указывает на безопасность всего, что рождается при этих энергиях.

И правда, у французов и швейцарцев, живущих над коллайдером, вполне спокойные и счастливые лица. ЦЕРН по праву может гордиться своей открытостью. В частности, он публикует все свои решения и с большим пиететом относится к окружающей среде. Земля над ускорителем выглядит чистой и практически нетронутой, тут и там разбросаны фермы, в том числе винодельческие. Если бы коллайдер нес Земле хотя бы малейшую угрозу, ЦЕРН немедленно бы от него отказался.

Есть у БАК еще одно свойство, которое вызывает не только воодушевление, но и у некоторых определенную тревогу. Дело в том, что коллайдер сможет воспроизвести условия, существовавшие во Вселенной, как считается, спустя неполную одну триллионную секунды после Большого взрыва. Неужели на ускорителе произойдет еще один взрыв космического масштаба, могущий разрушить нашу собственную Вселенную? Вряд ли. Когда говорят об условиях в горниле Большого взрыва, имеют в виду энергию в расчете на одну частицу. Об астрономической вспышке придется позабыть: с точки зрения человека, реальные энергии на ускорителе чрезвычайно малы - меньше миллиардной доли килокалории на одно столкновение! А вот для субатомной частицы это обильный обед. Регистрируя и анализируя события при таких энергиях, ученые смогут понять, что происходило, когда зарождался наш реальный Мир. И им не надо будет бояться, что они создадут еще один.

Попытка проникнуть в тайны мироздания и раскрыть устройство Вселенной сама по себе не нова. Разве что приборы вроде БАК сильно ее облегчают. А так философов и ученых давно интересует, что творилось в самые первые мгновения. Из каких мельчайших частичек построен Мир и как он построен? Существует ли теория всех теорий, которая объясняла бы всю природу от элементарных частиц до космоса в целом? Только подумать: на все эти извечные загадки скоро может быть найден ответ.

Тайны мироздания

Когда вверху не названо небо,

А суша внизу была безымянна,

Алсу первородный, всесотворитель,

Праматерь Тиамат, что все породила,

Воды свои воедино мешали.

Тростниковых загонов тогда еще не было,

Когда из богов никого еще не было,

Ничто не названо, судьбой не отмечено…

Энума элит. (Вавилонский эпос о сотворении мира. Пер. B.K. Афанасьевой).

Тайны нашего всеобщего происхождения окружают нас повсюду: они скрываются за завесой из космической пыли и излучения, покоятся под землей, по которой мы ступаем, сидят, запертые в недрах всего того, что мы видим, чувствуем, осязаем… Подобно прекрасному, но твердому бриллианту, играющему всеми цветами радуги, мироздание дает нам взглянуть на какую-нибудь одну свою грань, но не разрешает созерцать свой блеск во всей его полноте. А пытливый человеческий ум раз за разом прорывается сквозь наслоения, намереваясь однажды добраться до той истины из истин, что стоит за всем сущим. Из чего сделана Вселенная? Какие силы ею управляют? Как она родилась?

На роль фундаментальных частиц древнегреческие философы предлагали разных кандидатов. В V в. до н. э. основатели атомизма Левкипп и Демокрит считали, что тела можно разбивать на все более мелкие куски только до тех пор, пока не доберемся до элементарного кирпичика. В их представлении эти мельчайшие кусочки, «атомы» («неделимый» в переводе с древнегреческого), могли быть самых разных форм и размеров, как, например, галька и ракушки на морском берегу.

По другой версии, придуманной Эмпедоклом, все состоит из смеси четырех элементов: огня, воды, воздуха и земли. Аристотель добавил к ним еще пятую сущность - пустоту. В течение двух тысячелетий они традиционного играли роль строительных блоков мироздания, пока не появился научный эксперимент, подтолкнувший Европу к эмпирическому познанию природы. В своем трактате «Скептический химик» Роберт Бойль (1627-1691) показал, что на практике сочетания огня, воздуха, земли и воды не могут дать всего разнообразия материалов, встречающегося на Земле. Он предложил новое определение термина «элемент» как простейшей составной части любого вещества. Чтобы обнаружить ее, писал Бойль, химики должны разделить вещество на основные его ингредиенты, а не полагаться на философские измышления. Блестящая догадка Бойля помогла экспериментаторам с помощью различных методов открыть подлинные химические элементы. Это хорошо нам знакомые (в произвольном порядке) водород, кислород, углерод, азот, сера и др. Так что когда современные дети смешивают всевозможные жидкости и порошки из своих наборов юного химика и приходят в восторг от бурлящего раствора и разноцветных, пахучих и липких продуктов реакции, спасибо они должны говорить Бойлю.

Бойль был ярым сторонником атомизма и дотошным экспериментатором. Не желая мириться с гипотезой, основанной на чистом умосозерцании, он разработал оригинальный эксперимент, целью которого было проверить, состоит ли вещество из маленьких частичек - он их называл корпускулами - с пустым пространством между ними. Бойль взял изогнутую стеклянную трубку, запаянную с одного конца, а на другом сообщающуюся с атмосферой. Затем начал заливать через открытый конец ртуть, которая запирала оставшийся в трубке воздух во все меньшем объеме. Когда Бойль стал медленно убирать ртуть, он заметил, что объем запертого воздуха увеличивается обратно пропорционально давлению (сегодня этот факт известен как закон Бойля-Мариотта). Это, по мнению Бойля, доказывало, что воздух состоит из мелких частиц, разделенных пустыми промежутками.