Наука Плоского Мира - Терри Пратчетт

Глава 2. Наука и сквош

Площадку для игры в сквош можно использовать, чтобы заставить предметы двигаться намного быстрее маленького резинового мячика.

2 декабря 1942 на площадке для сквоша в подвале стадиона Стэгг Филд Чикагского Университета началась новая технологическая эра. Хотя сама новая технология была наследием войны, одно из последствий ее использования сделало войну в перспективе настолько ужасной, что постепенно вероятность мировой войны значительно снизилась[5]. В Стэгг Филде группа ученых во главе с итальянским физиком Энрико Ферми смогла осуществить первую в мире самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Благодаря ей появилась атомная бомба, а позднее и возможность использования атомной энергии в мирных целях. Но гораздо более существенным было то, что это открытие ознаменовало рассвет Большой Науки и новый взгляд на развитие технологий.

В подвале Стэгг Филд никто не играл в сквош, по крайней мере, после установки реактора, однако большинство людей, которые там работали, были очень похожи на Думминга Тупса… в первую очередь, ненасытным любопытством, которое время от времени сменялось мучительными сомнениями с легким оттенком ужаса. Благодаря любопытству, все началось, благодаря ужасу — закончилось.

В 1934 году, после длинной серии открытий в физике радиоактивности, Ферми обнаружил, что если вещество подвергается облучению «медленными нейтронами» (субатомными частицами, которые излучаются радиоактивным бериллием и для замедления пропускаются через парафин), то происходит кое-что интересное. Как выяснил Ферми, медленные нейтроны оказались именно той силой, которая заставляла элементы испускать свои собственные радиоактивные частицы. Это показалось ему интересным, и он начал облучать потоками медленных нейтронов все, что попадалось под руку. В какой-то момент ему попался малоизученный элемент уран, который в то время применялся только как источник желтого пигмента. То, что произошло, было больше похоже на алхимию: после бомбардировки медленными нейтронами уран превратился в нечто иное, но что именно Ферми так и не удалось выяснить.

Четыре года спустя трое немецких исследователей Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман повторили эксперимент Ферми. Поскольку они лучше разбирались в химии, им удалось выяснить, что же произошло с ураном. Каким-то таинственным образом он превратился в барий, криптон и еще несколько элементов. Мейтнер поняла, что этот процесс «ядерного распада» сопровождается выделением энергии, причем весьма интересным образом. Все знали, что с помощью химии можно превратить один вид материи в другой, теперь же удалось превратить часть материи урана в энергию, чего раньше никто не наблюдал. Но так уж случилось, что Альберт Эйнштейн уже предсказал возможность подобного явления в теории, что и отражает его знаменитое уравнение, которое Библиотекарь Незримого Университета[6] прочитал бы как «У-ук»[7]. Формула Эйнштейна говорит нам, что количество энергии, содержащейся в кусочке материи, равно произведению ее массы на квадрат скорости света. Как сразу же заметил Эйнштейн, свет движется настолько быстро, что кажется неподвижным, поэтому его скорость весьма велика,… а скорость в квадрате просто огромна. Иначе говоря, даже из крошечного кусочка материи можно извлечь огромное количество энергии, если конечно знать, как это сделать. И вот теперь Мейтнер удалось разгадать загадку.

Одно-единственное уравнение, может быть, и способно сократить объем продаж книги вдвое (а может, и нет), но зато оно способно полностью изменить наш мир.

Ган, Мейтнер и Штрассман опубликовали свое открытие в британском научном журнале «Nature» в январе 1939 года. Девять месяцев спустя Британия была вовлечена в войну, окончание которой будет ознаменовано военным применением их открытия. Ирония ситуации в том, что величайший научный секрет Второй Мировой Войны был открыт незадолго до ее начала. Это лишний раз показывает, насколько политики того времени, к счастью или к сожалению, недооценивали потенциал Большой Науки. Ферми сразу же оценил значимость статьи в «Nature», и связался с другим известным физиком, Нильсом Бором, который тоже обнаружил новое явление: цепную реакцию. Если облучить медленными нейтронами особую редкую разновидность урана, уран-235, то он не только распадается на другие элементы и высвобождает энергию, но и сам испускает нейтроны. А они, в свою очередь, опять бомбардируют уран-235… Реакция становится самоподдерживающейся, и потенциальный выход энергии оказывается колоссальным.

Сработает ли это? Можно ли получить что-то из ничего таким способом? Ответы на эти вопросы не дались легко, потому что уран-235 находится в смеси с обычным ураном (уран-238), так что его извлечение похоже на поиски иголки в стоге сена, когда сама игла сделана из соломы.

Были и другие причины для беспокойства… Например, что если эксперимент пройдет слишком успешно и запустит цепную реакцию, которая затронет не только уран-235, используемый в эксперименте, но и вообще весь уран на Земле? Может ли загореться атмосфера? Расчеты показывали: вероятно, нет. К тому же были серьезные опасения, что если Союзники не смогут быстро решить проблему ядерного распада, Германия может их опередить. Либо мы взорвем мир, либо это сделают наши враги — в такой ситуации выбор очевиден.

Если подумать, то веселого в этом мало.

Локо очень напоминает область Окло на юго-востоке Габона, где находятся залежи урана. В 1970-х годах французские исследователи в ходе раскопок обнаружили свидетельство того, что либо уран в этом месте участвует в ядерных реакциях с необычно высокой интенсивностью, либо он намного старше, чем вся остальная планета.

Возможно, это археологическая реликвия, оставшаяся от какой-нибудь древней цивилизации, технологическое развитие которой позволяло использовать атомную энергию. Однако есть более простое и вероятное объяснение: Окло — это природный реактор. По какой-то причине именно в этих отложениях доля урана-235 была выше, чем обычно, и в результате спонтанная цепная реакция продолжалась в течение сотен тысяч лет. Природа смогла осуществить это задолго до Науки, и площадка для сквоша ей не понадобилась.

Если, конечно, это действительно не археологическая реликвия древней цивилизации.

До 1998 года природный реактор Окло был лучшим подтверждением того, что ответ на один из главных в науке вопросов «А что если …?» может быть совсем не интересным. Сам вопрос звучал так: «А что если физические константы и не константы вовсе?».

В основе научных теорий лежат различные числа, так называемые «фундаментальные константы». К ним относятся, например, скорость света, постоянная Планка (используется в квантовой механике), гравитационная постоянная (используется в теории гравитации), заряд электрона и так далее. Все общепризнанные теории предполагают, что эти числа всегда имели одно и то же значение с момента возникновения Вселенной. Наши расчеты относительно ранней Вселенной опираются на постоянство этих чисел — в противном случае мы бы не знали, какие значения нужно подставить в формулы. Это было бы похоже на расчет подходного налога при неизвестной налоговой ставке. Время от времени среди ученых находятся вольнодумцы, которые развивают странную теорию «Что если?», в которой одна или несколько фундаментальных констант считается переменной. Физик Ли Смолин даже разработал теорию эволюционирующих вселенных, от которых отпочковываются дочерние вселенные с другими фундаментальными константами. В соответствии с этой теорией, наша Вселенная особенно преуспела в формировании таких молодых вселенных и хорошо подходит для развития жизни. Он утверждает, что эти два свойства совпали не случайно (волшебникам НУ, кстати говоря, подобные идеи очень близки, ведь достаточно развитая наука неотличима от волшебства).

Раскопки в Окло свидетельствуют о том, что фундаментальные константы не изменялись в течение последних двух миллиардов лет, что составляет примерно половину возраста Земли и десятую часть возраста Вселенной. Доказательство опирается на особую комбинацию фундаментальных констант, которая называется «постоянной тонкой структуры»[8]. Ее значение примерно равно 1/137 (между прочим, в попытках объяснить это самое число 137 было потрачено немало чернил, пока более точные измерения не дали результат 137,036). Преимущество постоянной тонкой структуры состоит в том, что она не зависит от выбранной системы единиц измерения, в отличие, от, скажем, скорости света, которая имеет разное значение, если выразить ее в милях/с или км/с.

Российский физик Александр Шляхтер проанализировал различные химические вещества в «ядерной свалке» реактора Окло и определил, чему должна была равняться постоянная тонкой структуры два миллиарда лет назад, когда реактор работал. Оказалось, что с точностью до десятимиллионных долей ее значение осталось прежним.