Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

164

Эти исследования подробно описаны в статье Джона Уэбба – одного из австралийских астрономов, работающих в этой области. Статья вышла в апрельском выпуске журнала Physics World за 2003 год и называется Are the Laws of Nature Changing with Time? («Изменяются ли законы природы с течением времени?»). Кроме того, в 2008 году мне довелось взять интервью у Майка Мёрфи – коллеги Уэбба.

165

В других экспериментах, связанных со значением константы альфа, ученые не раз задавались вопросом, почему физики из разных лабораторий во всем мире так и не могут окончательно согласовать скорость распада определенных радиоактивных атомов. Такие эксперименты совершенно просты, поэтому непонятно, из-за чего у разных исследовательских групп получаются разные результаты. Но подобная разница фиксируется при распаде атомов самых разных элементов: кремния, радия, марганца, титана, цезия и т. д.

Ученые из Англии, попытавшиеся разрешить эту загадку, заметили, что несхожие результаты экспериментов по измерению скорости радиоактивного распада получены группами физиков, ставивших опыты в разные времена года. После этого английская группа выдвинула оригинальное предположение, согласно которому постоянная тонкой структуры может варьировать в зависимости от того, в какой точке околосолнечной орбиты находится Земля. Ведь в определенные периоды года Земля расположена ближе к Солнцу, чем в другие. Существуют и другие возможные объяснения, почему скорость распада радиоактивных атомов может периодически варьировать. Однако изменения константы альфа гораздо более интригующие. Было бы по-настоящему интересно узнать, может ли ее значение заметно варьировать даже в пределах нашей Солнечной системы!

166

Невероятно, но как раз среди христианских фундаменталистов есть немало людей, которые ждут не дождутся от ученых доказательств в пользу изменчивости константы альфа. Если подробнее разобраться в математических основах этой константы, оказывается, в частности, что в формуле для ее определения учитывается скорость света. Существует довольно спекулятивное допущение, что если значение альфа в прошлом менялось, то могла меняться и скорость света. В настоящее время все, включая креационистов, уже соглашаются, что свет далеких звезд несет в себе определенные сведения о событиях, происходивших миллиарды лет назад (по крайней мере, может нести такую информацию). Чтобы объяснить вопиющие противоречия между этой информацией и хронологией, изложенной в книге Бытия, некоторые креационисты утверждают, что Господь создал Вселенную, в которой уже двигались потоки света. Якобы Он сделал это, чтобы испытать верующих и заставить их выбрать между Богом и наукой (подобные заявления делаются и относительно костей динозавров). Менее радикальных креационистов эта идея не устраивает, поскольку она выставляет Бога коварным и даже жестоким существом. Однако если в далеком прошлом скорость света была в миллиарды раз выше, проблема снимается. В таком случае Господь действительно мог создать всю Вселенную шесть тысяч лет назад, а наше незнание истинной природы скорости света и постоянной тонкой структуры не позволяет нам постичь эту истину. Необходимо отметить, что многие ученые, разрабатывающие проблемы изменчивости констант, приходят в ужас от того, что их работа допускает подобные трактовки. Так или иначе, исследования изменчивости констант продолжают бурно развиваться, а количество так называемых физиков-фундаменталистов в этой научной дисциплине очень невелико.

167

Сохранилась знаменитая фотография, на которой Энрико Ферми изображен у доски, а на доске просматривается записанное им уравнение, определяющее постоянную тонкой структуры (альфа). Самое интересная деталь в данной фотографии заключается в том, что Ферми немного перепутал уравнение. Правильное тождество записывается так: α = е2/ħс, где е – заряд электрона, ħ – постоянная Планка (h), деленная на два π-, а с – скорость света. На фотографии записано равенство а = ħ2/ec. Неизвестно, действительно ли Ферми допустил здесь ошибку либо хотел просто подшутить над фотографом.

168

Если вы хотите поближе познакомиться с уравнением Дрейка – предлагаю его ниже. Обозначим через N количество тех цивилизаций в галактике, которые, возможно, пытаются установить с нами контакт. В таком случае:

N=R* × fp × ne × f1 × fi × fc × L

где R* – скорость звездообразования в нашей галактике, fp – доля звезд, у которых есть планеты, ne – среднее количество пригодных для жизни планет у одной звезды. f1, fi и fc – это соответственно обитаемые планеты, планеты с разумной жизнью и планеты с такими цивилизациями, которые могут искать межпланетного контакта. L – это период времени, в течение которого инопланетная цивилизация может посылать сигналы в космос прежде, чем исчезнет.

Первоначально Дрейк исходил из следующих расчетов. В нашей галактике ежегодно образуется 10 звезд (R* = 10), у половины из этих звезд появляются планеты (fp = 1/2), около каждой звезды имеется примерно два мира, пригодных для жизни (ne = 2, хотя в нашей планетной системе таких миров около семи – Венера, Марс, Земля и некоторые спутники Юпитера и Сатурна). На одной из планет в каждой системе может развиться жизнь (f1 = 1). Примерно на каждой сотой из этих планет разовьется разумная жизнь (fi = 1/100), на одном проценте планет, обладающих разумной жизнью, цивилизация выйдет из каменного века и усовершенствуется настолько, что сможет посылать сигналы в космос (fc = 1/100), причем такие попытки будут предприниматься на протяжении около 10 тысяч лет. Подставив в уравнение эти значения, получим около десяти цивилизаций, которые пытаются вступить в контакт с землянами.

Мнения об этих значениях порой расходятся кардинально. Дункан Форган, астрофизик из Университета Эдинбурга, недавно пересчитал уравнение Дрейка методом Монте-Карло. Он ввел случайные величины для каждой переменной, а потом вычислил несколько тысяч результатов, чтобы найти наиболее вероятные значения. В то время, как у Дрейка получилось всего десять цивилизаций, которые могли бы искать контакта с нами, Форган насчитал 31 574 цивилизации только в нашей галактике. Соответствующая статья находится в Интернете по адресу http://arxiv.org/abs/0810.2222.

169

Третья из четырех фундаментальных сил – это слабое ядерное взаимодействие, регулирующее протекание бета-распада в ядрах атомов. Интересно отметить, что франций существует какое-то время именно потому, что на фоне борьбы сильного взаимодействия и электрических сил в атоме элемента действует еще и слабое взаимодействие, немного сглаживающее эту борьбу. Четвертая фундаментальная сила – это сила тяжести (гравитация). Сильное ядерное взаимодействие в сотни раз превосходит электромагнитные силы, а электромагнитные силы в сто миллиардов раз превосходят слабое взаимодействие. В свою очередь, слабое ядерное взаимодействие в десять миллионов миллиардов раз сильнее, чем гравитация. Чтобы представить себе масштабы этих соотношений, вспомните приведенный выше пример, описывающий низкую распространенность астата. Сила гравитации доминирует в нашей повседневной жизни исключительно потому, что сильные и слабые ядерные взаимодействия имеют крошечный радиус, а соотношение протонов и нейтронов вокруг нас достаточно равное, чтобы почти полностью нивелировать электромагнитные силы.

170

На протяжении долгих десятилетий физики старательно синтезировали все новые сверхтяжелые элементы, атом за атомом. Но в 2008 году израильские ученые объявили, что им удалось выделить элемент № 122, воспользовавшись традиционным химическим методом. Эти исследователи (группа под руководством Амнона Маринова) несколько месяцев кряду просеивали естественные образцы тория, после чего заявили, что получили некоторое количество атомов сверхтяжелого элемента № 122, расположенного в таблице Менделеева ровно на период ниже тория. Самый невероятный аспект этого предприятия заключался даже не в том, что новый элемент удалось получить старомодным способом, а в том, что, по данным израильтян, новый элемент обладает периодом полураспада более 100 миллионов лет! Это казалось настолько невероятным, что многие ученые подозрительно отнеслись к такому открытию. Аргументы в пользу его подлинности становятся все слабее, но по состоянию на конец 2009 года израильская группа не отказалась от своего заявления.