Алексей Турчин - Война и еще 25 сценариев конца света
Неоднократно высказывались опасения, что опыты по созданию микроскопических черных дыр на ускорителях, конденсации нейтронов и другие эксперименты могут привести или к коллапсу земного вещества, или к колоссальному взрыву, который мгновенно истребит жизнь на Земле. Основной парадокс здесь в том, что безопасность любых экспериментов обосновывается тем, что мы знаем, что получится в результате, а цель эксперимента – в том, чтобы узнать что-то новое.
Иначе говоря, если мы ничего нового не узнаем, то какой смысл ставить физические эксперименты, а если мы можем узнать что-то новое, то это может быть опасно. При этом вполне может быть, что молчание Вселенной объясняется как раз тем, что все цивилизации рано или поздно осуществляют некий эксперимент «по извлечению энергии из вакуума», а результатом эксперимента становится разрушение планет.
Другая точка зрения состоит в том, что раз похожие явления бывают в природе, например при бомбардировке космическими лучами атмосферы, то повторять их безопасно. Однако можно сказать, что, повышая уровень энергий, мы рано или поздно можем дойти до опасной черты, если она есть.
Опасность экспериментов прямо связана с возможностью наличия неизвестных нам фундаментальных физических законов. И вопрос этот трудно решить вероятностным образом. В XX веке уже было несколько открытий фундаментальных законов, и некоторые из них привели к созданию новых опасных видов оружия – хотя к концу XIX века картина мира казалась завершенной. Назову только открытия радиоактивности, квантовой механики, теории относительности, а в последнее время – темной материи и темной энергии.
Кроме того, есть ряд экспериментальных данных и непроверенных теорий, которые имеют разную степень достоверности, при том что многие из них предполагают физические эффекты, которые могут быть опасными. Например, иногда мелькают сообщения, почти наверняка антинаучные, о трансмутации химических элементов без радиоактивности (разве это не способ наработать плутоний для атомной бомбы?). И если такой процесс возможен, не приведет ли он к цепной реакции трансмутации по всей Земле?
Считается, что современные эксперименты на ускорителях во много раз недотягивают до энергий, которые возникают в результате естественных столкновений космических лучей, происходящих в атмосфере Земли. Однако, например, в книге Джона Лесли приводится другая оценка: если энергия ускорителей будет расти с нынешней скоростью, то опасные уровни энергии будут достигнуты к 2100 году. Лесли показывает, что в течение всего ХХ века каждые 10 лет энергия, достигаемая на ускорителях, возрастала в 10 раз. И хотя сейчас обычные ускорители подошли к своему физическому пределу по размерам, есть принципиально иной способ достигать тех же энергий на установках размером с рабочий стол – речь идет о разгоне частиц в ударной волне импульсного лазера. (Программа СОИ, например, предполагала создание импульсных лазеров колоссальной силы, запитывавшихся от ядерных взрывов.)
Коллайдер и черная дыраБольшой адронный коллайдер (БАК, он же LHC) расположен на границе Франции и Швейцарии, к востоку от Женевы, в кольцевом тоннеле с длиной окружности 26,7 км. Он будет разгонять протоны до энергий в 7 ТэВ (что даст 14 ТэВ при столкновении встречных пучков), а также ядра свинца до 5,5 ТэВ. Эти энергии будут по крайней мере в 10 раз больше, чем на предыдущих ускорителях такого типа.
В Интернете была широко разрекламирована дата запуска ускорителя 10 сентября 2008 года. В действительности процесс запуска ускорителя является постепенным и начнется позже. 10 сентября 2008 года были запланированы запуски пробных пучков (Commission Ray) без столкновений. Их энергия – только 0,7 ТэВ, как и у предыдущих ускорителей. Осенью 2008 года запланированы столкновения с энергией в 7 ТэВ, а энергии в 14 ТэВ будут достигнуты, согласно плану, к весне 2009 года. Кроме того, светимость, то есть одновременное количество частиц в ускорителе, в начале будет очень мала и будет постепенно повышаться от 1029 частиц /см2 в секунду в пробных пучках до 1034 в 2010 году, то есть вырастет в 10 000 раз. Это означает, что если с ускорителем и связан какой-либо риск, он не реализуется в момент первого его включения в 2008 году, а его вероятность будет медленно нарастать вплоть до 2010 года.
Основные риски, связанные с коллайдером, состоят в том, что в ходе экспериментов могут возникнуть микроскопические черные дыры и стрейнджлеты (а также магнитные монополи и пузыри «истинного вакуума», но не исключено, что и какие-то другие объекты), которые будут способны захватывать частицы обычной материи и трансформировать их в подобные себе частицы или поглощать их. Причем последствия этих процессов могут поставить существование планеты под угрозу.
Проблемы, связанные с физическими экспериментами, вполне осознаются научным сообществом, и европейский ядерный центр ЦЕРН недавно опубликовал доклад с обоснованием безопасности нового коллайдера,[50] в котором отвергаются риски, связанные с возникновением на нем частиц, упомянутых выше. Сторонники идеи безопасности нового ускорителя обосновывают свою позицию тем, что, в частности, микроскопические черные дыры будут разрушаться теоретически существующим Хокинговским излучением, а в целом основываются на эмпирических данных, то есть на отсутствии наблюдаемых катастрофических явлений при том, что энергии космических лучей, которые непрерывно бомбардируют атмосферу Земли, гораздо выше энергий, которые будут достигаться в коллайдере, и раз Земля до сих пор существует, то, значит, и коллайдер безопасен. (Указывается также и на то, что существуют Луна, нейтронные звезды и белые карлики, несмотря на то, что они также постоянно испытывают воздействие космических лучей.)
Тем не менее есть ряд ученых и общественных деятелей, которые активно борются с LHC, критикуя предлагаемые меры безопасности и их теоретическое обоснование.[51] Например, подчеркивается, что активно используемая аналогия с природными процессами (столкновение космических лучей с земной атмосферой) не точно соответствует тому, что будет происходить в LHC, хотя бы потому, что скорость частиц, образующихся при столкновении в атмосфере, по закону сохранения импульса остается близкой к скорости света, а импульс при столкновении встречных пучков в LHC нейтрализуется и скорость может быть нулевой и т. д.
Вот список основных возражений на обоснования безопасности коллайдера.
1. Тот факт, что Земля и Солнце выжили (в результате столкновения с космическими лучами), ничего не доказывает, так как если бы они не выжили, то некому было бы и обсуждать проблему. Как бы ни была мала вероятность выживания Земли, мы можем обнаруживать себя только на той Земле, где не произошла катастрофа (антропный принцип), поэтому разумным выглядит анализ Луны или нейтронных звезд как объектов, которые выжили, что и делается в более продвинутых обоснованиях безопасности.
2. Существование Луны и нейтронных звезд ни о чем не говорит, так как мы можем наблюдать только их. Мы не можем наблюдать исчезнувшие звездные объекты. Тем не менее, мы знаем, что большая часть массы Вселенной невидима (темная материя). Так что если даже большинство звезд превратилось в сгустки неизвестно чего, это не противоречит наблюдаемым фактам.
3. Аналогия сохранения Земли с сохранением нейтронных звезд может быть ущербна, если окажется, что некоторые особенности строения нейтронных звезд (которых нет у Земли) позволяют им противостоять поглощению микроскопическими черными дырами (например, сильное магнитное поле).
4. Столкновение космических лучей с атмосферой Земли не аналогично процессам в коллайдере, потому что…
• получающиеся продукты распада в естественном случае движутся с околосветовой скоростью и быстро пролетают Землю, тогда как в случае коллайдера импульсы встречных пучков нейтрализуются и некоторая часть частиц будет иметь почти нулевую скорость – а значит, может задержаться в гравитационном поле Земли. В первом случае они пролетели бы Землю насквозь за доли секунды, а во втором – задержались бы в ее веществе на большее время, смогли бы увеличить массу и задержаться еще больше;
• в коллайдере будут использоваться помимо протонов ядра свинца атомной массы 207, а в космических лучах бывают только ядра железа атомной массы 56, и в земной атмосфере тоже свинца нет. В природе почти никогда не происходит столкновения таких тяжелых атомов на таких энергиях. Разница может быть (а может и не быть) критической. Например, из того, что безопасно соединить два куска меди, вовсе не следует, что безопасно соединить два куска плутония – произойдет атомной взрыв;
• встречные столкновения космических лучей происходят далеко от звезд – так что даже если при этом образуются опасные продукты реакции, они не успевают выпасть на звезды;
