Кристоф Гальфар - Простая сложная Вселенная

• Название: Простая сложная Вселенная
• Автор: Кристоф Гальфар
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2018
• ISBN: 978-5-699-94902-1

Представьте, что вы оказались далеко в космосе рядом с умирающей звездой. Или сжались до размеров атома и отправились в невероятное приключение в крошечном мире.

Квантовая физика, черные дыры, теория струн, темная материя, параллельные вселенные – если мы хотим действительно понять эти явления, то нам проходится окунаться в мир чисел и жутких формул.

Кристоф Гальфар сделал все, чтобы вы не мучились с нереальными графиками и трехэтажными уравнениями. Простым языком он раскроет вам теории, которые объясняют, как устроена наша Вселенная. С помощью метафор из нашей обычной жизни и интересных историй вы познакомитесь с самыми поразительными и на первый взгляд непонятными явлениями во Вселенной.

---

Ваша родная планета, как видно отсюда, размером с четыре вместе взятые полные луны. Голубая жемчужина, плывущая на фоне черного, усеянного звездами неба.

Истинные масштабы нашего мира в космосе всегда были и будут приводящим в шок зрелищем.

Вы продолжаете свой путь, наблюдая, как Земля вырастает в лунном небе, и, хотя все кажется таким тихим и безопасным, вы уже прекрасно знаете, что доверять очевидному покою не стоит. Время имеет здесь другое значение, и, если принять во внимание продолжающуюся смен у эр, жестокость Вселенной кажется неизбежной. Кратеры, словно шрамы покрывающие поверхность Луны, не что иное, как напоминание об этой жестокости. Сотни тысяч дрейфующих в космосе глыб размером с гору, вероятно, бомбили Луну на протяжении столетий. Они должны были поразить и Землю – но раны нашей планеты залечены, ибо она жива и скрывает свое прошлое глубоко под постоянно меняющейся почвой.

Тем не менее, находясь в космосе, вы внезапно ощущаете, как, несмотря на его способность исцеления, хрупок, почти беззащитен ваш родной мир…

Почти беззащитен.

Но не совсем. Теперь у него есть мы. Есть вы.

Столкновения, подобные тем, что привели к рождению Луны, в основном дело прошлого. Сегодня нет блуждающих планет, угрожающих нашему миру, остались только астероиды и кометы – и Луна частично защищает и прикрывает нас, как щитом, от таких напастей. Опасность, однако, таится везде и, пока вы смотрите на окрашенное в голубой цвет изображение Земли в темном небе, за вашей спиной внезапно вырастает необычайно ярко светящийся шар.

Обернувшись, вы оказываетесь лицом к лицу со звездой, самым ярким и самым жестоким объектом вблизи нашей родной планеты.

Мы назвали его Солнцем.

Оно расположено в 150 миллионах километров от нашего мира.

Оно является источником всей нашей энергии.

СОЛНЦЕ – САМЫЙ ЯРКИЙ И САМЫЙ ЖЕСТОКИЙ ОБЪЕКТ ВБЛИЗИ НАШЕЙ РОДНОЙ ПЛАНЕТЫ.

И, когда ваш разум переполняется огромным количеством света, исходящего от этой необыкновенной космической лампы, вы оставляете Луну позади и летите к ней, нашей домашней звезде, Солнцу, чтобы выяснить, почему оно светит.

Глава 3 Солнце

Если бы человечество каким-то образом смогло собрать всю энергию, излучаемую Солнцем всего за одну секунду, ее было бы достаточно для обеспечения потребностей в энергии всего мира в течение примерно полумиллиарда лет.

Подлетая все ближе и ближе к звезде, вы тем не менее понимаете, что Солнце далеко не столь большое, каким вы видели его пять миллионов лет спустя, накануне гибели. Однако оно огромно. Для сравнения, если уподобить Солнце большому арбузу, то крошечная Земля будет лежать в 43 метрах от него, и, чтобы ее разглядеть, потребуется увеличительное стекло.

Вы уже в нескольких тысячах миль от поверхности Солнца. Позади вас Земля, уже лишь яркая точка. Солнце впереди вас заполняет полнеба. Повсюду вспыхивают пузыри плазмы. Миллиарды тонн сверхгорячей материи выбрасываются прямо перед вашими глазами, пролетая сквозь эфирное тело, а в магнитном поле Солнца обнаруживаются огромные, казалось бы, случайно возникшие петли. Картина, мягко говоря, необычная, и вам, воодушевленному ее величием, становится интересно, чего такого недостает Земле, что делает Солнце настолько особенным. Что делает звезду звездой? Откуда берется ее энергия? И какого черта Солнце должно в один прекрасный день погибнуть?

Чтобы выяснить ответы на эти вопросы, вы ныряете в самое неприятное место, которое себе можно представить, – в самое сердце Солнца, спрятанное в более чем полумиллионе километров под его поверхностью. У Земли, для сравнения, расстояние от поверхности до ядра составляет около 6500 километров.

Прыгая вниз головой в горящую печь, вы вспоминаете, что все, чем мы дышим, что видим, трогаем, чувствуем или исследуем, и даже ваше собственное тело состоит из атомов – строительных блоков всего на свете. Они – кирпичики конструктора лего вашей среды обитания, если хотите. Но в отличие от него атомы не имеют прямоугольной формы. В большинстве своем они круглые и состоят из плотного шаровидного ядра, окруженного крошечными вращающимися вокруг электронами. Однако, как и в лего, атомы можно классифицировать по размерам. Самый маленький атом у водорода, второй по величине – у гелия. Соединив эти два элемента вместе, вы получите около 98 % всей известной материи Вселенной. Это, конечно, много, но все-таки меньше, чем в прошлом. Всего 13,8 миллиарда лет назад, как считалось, на эти два элемента приходилось практически 100 % всей известной материи. Азот, углерод, кислород и серебро – примеры современных элементов, не являющихся ни водородом, ни гелием. Должно быть, они появились позже. Каким образом? Сейчас вы это узнаете.

Вы погружаетесь все глубже и глубже внутрь Солнца; температура неуклонно повышается и становится умопомрачительно высокой. В конце пути она достигает 16 миллионов градусов по Цельсию. А может быть, даже больше. Кругом – множество атомов водорода, хотя они оголены окружающей их энергией: их электроны отделились, оставив одни неприкрытые ядра. Они настолько плотно прилегают друг к другу из-за давления, оказываемого звездой на ее собственное сердце, что ядра не могут даже пошевелиться. Вместо этого они вынуждены сливаться друг с другом, образуя ядра большего размера. Вы наблюдаете происходящую прямо на ваших глазах реакцию термоядерного синтеза – создание крупных атомных ядер из более мелких.

Однажды созданные и покинувшие породившую их печь тяжелые ядра объединяются с одинокими, отделившимися от ядер водорода свободными электронами, становясь новыми, более тяжелыми элементами: азотом, углеродом, кислородом, серебром…

Для начала термоядерного синтеза (создания тяжелых ядер из легких) требуется громадное количество энергии, и она обеспечивается сокрушительным действием гравитации Солнца, которое фактически затягивает в себя, одновременно колоссально сжимая, все вокруг. Такая реакция не может происходить естественным образом на поверхности (или внутри) Земли. Наша планета слишком мала и недостаточно большой плотности, так что собственная гравитация не может заставить ядро Земли достигнуть температуры и давления, необходимых для запуска реакции термоядерного синтеза. По определению, это – главное различие между планетой и звездой. Обе – космические объекты округлой формы, но планеты, как правило, имеют каменные ядра небольших размеров, иногда окруженные газом. Звезды же можно рассматривать как огромные установки термоядерного синтеза. Их гравитационная энергия настолько велика, что они вынуждены по своей природе формировать материю в своих центрах. Все тяжелые атомы на Земле, все атомы необходимых для жизни химических элементов, а также атомы вашего тела были когда-то созданы в сердце звезд. Набирая в легкие воздух, вы вдыхаете их. Трогая свою или чью-то кожу, вы касаетесь звездной пыли. Раньше вы задавались вопросом, почему такие звезды, как Солнце, должны в конце жизни умереть и взорваться, и вот наш ответ: без такого конца кругом были бы лишь водород и гелий. Составляющая нас материя навсегда оказалась бы заперта внутри бессмертных звезд. Земля не родилась бы. И жизнь, такая, какой мы ее знаем, просто не существовала бы.

Взглянув на это таким образом и понимая, что мы не состоим лишь из водорода и гелия, что наши тела, Земля, и все окружающее также содержат углерод, кислород и другие элементы, мы делаем вывод, что наше Солнце – звезда второго или, может, даже третьего поколения. Одно или два поколения звезд должны были взорваться, прежде чем их пыль стала Солнцем, Землей и нами. Так что же вызвало их гибель? Почему звезды обречены завершить свои сияющие жизни эффектным взрывом?

Одним из удивительных свойств реакции ядерного синтеза является огромное количество энергии, необходимой для ее первичного запуска, – вес целой звезды! – и затем она выделяет еще больше энергии.

Причина может показаться удивительной, но, когда наблюдаешь происходящее прямо перед глазами, не остается иного выбора, кроме как принять ее: при слиянии двух атомных ядер в одно большее часть их массы исчезает. Получившееся ядро имеет меньшую массу, чем создавшие его два ядра. Это как если бы смесь килограмма ванильного мороженого с еще одним килограммом того же мороженого давала бы на выходе не два килограмма мороженого, а меньше.

В повседневной жизни такого не бывает. Но в ядерном мире это происходит все время. И, пожалуй, к счастью для нас, масса не теряется. Она превращается в энергию в результате обмена по знаменитому уравнению Эйнштейна E = mc2.[2]

В обыденной жизни мы больше привыкли к обменным курсам по переводу одной валюты в другую, а не массы в энергию. Таким образом, чтобы понять, что E = mc2 является выгодной сделкой для природы, представьте себе все тот же обменный курс в аэропорту им. Джона Ф. Кеннеди по переводу одного фунта стерлингов (начальная масса) в доллары США (полученная за нее энергия). Обменный курс здесь является с2, где с – скорость света, а с2 – скорость света, помноженная сама на себя. Так что за один фунт вы получите 90 миллионов миллиардов долларов. Позволю себе заметить, прекрасная сделка. По сути, это лучший обменный курс в природе.