Терри Пратчетт - Наука плоского мира IV: Судный день
А это произошло шесть минут тому назад
Глава 2. Мысли об огромномОгромные Штуки обладают притягательной силой, и ученые Круглого Мира ни в коей мере не застрахованы от ее влияния. Основная масса научных исследований требует сравнительно недорогого оборудования, но некоторые затратны просто по определению, в то время как третьи располагают средствами, на которые можно содержать небольшую страну. Правительства всего мира испытывают тягу к большой науке и нередко с большей готовностью идут на финансирование проекта стоимостью десять миллиардов долларов, чем проекта с бюджетом в десять тысяч точно так же, как комитет, который за пять минут утвердит строительство нового здания, а потом целый час будет обсуждать стоимость печенья. Причина всем известна: чтобы оценить стоимость здания, требуется помощь эксперта, а в печеньях разбирается кто угодно. Финансирование научных проектов иногда происходит точно так же, что не может не огорчать. Ко всему прочему, в глазах чиновников и политиков, стремящиеся к карьерному росту, большая наука выглядит более престижной, так как в ней вращаются более крупные деньги.
Тем не менее, у масштабных научных проектов может быть и другой, более достойный восхищения, мотив: большие вопросы порой требуют больших ответов. Возможно, что в научно-фантастическом рассказе сверхсветовой двигатель можно собрать прямо на кухонном столе из старых консервных банок из-под тушеной фасоли, однако в реальности этот путь редко приводит к успеху. Порой бесплатный сыр можно найти только в мышеловке.
История большой науки восходит к Манхэттенскому проекту времен Второй мировой войны, в ходе которого была создана атомная бомба. Задача была невероятно сложной и требовала участия десятков тысяч человек, обладающих навыками в самых разных областях. Этот проект раздвинул границы науки, инженерного дела и, прежде всего, организации и логистики. Мы не хотим сказать, что поиск крайне эффективных способов разнести человека на кусочки обязательно служит разумным критерием успеха, но благодаря Манхэттенскому проекту многие люди убедились в том, что большая наука способна оказать колоссальное влияние на всю планету. С тех пор правительства способствовали продвижению большой науки; хорошо известные примеры это лунные высадки кораблей «Аполлон» и проект «Геном человека».
Некоторые области науки в принципе не могут функционировать без Огромных Штук. Пожалуй, самый известный пример это физика элементарных частиц, подарившая миру целый ряд гигантских машин, известных как ускорители частиц и предназначенных для исследования мелкомасштабной структуры материи. Наибольшей мощностью обладают коллайдеры, которые сталкивают субатомные частицы с неподвижными мишенями или другими частицами лоб-в-лоб, чтобы выяснить, на какие части они разлетятся. Частицы, предсказанные в теории, по мере развития физики становятся все более экзотическими и труднее поддаются обнаружению. Чтобы вытащить эти частицы наружу, приходится вкладывать в соударения больше энергии, а чтобы собрать воедино доказательства их реального существования в течение едва различимого промежутка времени, требуется и больший объем «следственной работы» математиков, и более мощные компьютеры. Поэтому каждый последующий ускоритель должен быть больше, а значит, и дороже своих предшественников.
Самый новый и масштабный ускоритель это большой адронный коллайдер (БАК). Слово «коллайдер» нам уже знакомо, «адроны» это один из классов субатомных частиц, а «большим» этот ускоритель назван вполне заслуженно. БАК занимает два кольцевых туннеля, расположенных глубоко под землей; большая их часть расположена в Швейцарии, но некоторые участки выходят на территории Франции. Диаметр основного туннеля составляет восемь километров, дополнительного примерно в два раза меньше. Под действием 1624 магнитов исследуемые частицы электроны, протоны, позитроны и т. д. движутся с околосветовыми скоростями вдоль двух труб, расположенных внутри туннелей. Температуру магнитов нужно удерживать вблизи абсолютного нуля, поэтому для их охлаждения требуется 96 тонн жидкого гелия; размер этих магнитов просто колоссален, и многие из них весят более 27 тонн.
Частицы могут сталкиваться в одном из четырех мест, расположенных на пересечении труб. Этот проверенный временем метод позволяет физикам изучать структуру материи за счет того, что соударения порождают целый рой других частиц фрагментов, из которых состоят первоначальные частицы. Шесть невероятно сложных детекторов, расположенных в различных точках туннеля, собирают данные об этом рое, а мощные компьютеры анализируют данные и восстанавливают ход событий.
Стоимость БАК составила 7,5 миллиардов евро примерно 6 миллиардов британских фунтов или 9 миллиардов долларов США. Неудивительно, что такой проект требует международного сотрудничества, а значит, большая политика тоже играет в нем свою роль.
Думминг Тупс хочет построить Огромную Штуку по двум причинам. Первая это дух интеллектуальных изысканий, ментальная почва, на которой растет Центр Высокоэнергетической Магии. Смышленые молодые волшебники, обитающие в этом здании, хотят раскрыть фундаментальные основы магии этот путь привел их не только к эзотерическим теориям вроде квантовой чародинамики и третьей производной слуда, но и к тому судьбоносному эксперименту по расщеплению чара, который по случайному стечению обстоятельств произвел на свет сам Круглый Мир. Вторую причину мы уже назвали в начале предыдущей главы: в любом университете, который хочет, чтобы его считали университетом, должна быть своя собственная Огромная Штука.
В Круглом Мире все точно так же и не только в отношении университетов.
Физика элементарных частиц началась с небольшого оборудования и грандиозной идеи. Слово «атом» означает «неделимый» этот термин стал заложником судьбы с момента своего появления. Стоило физикам согласиться с существованием атомов, а произошло это чуть больше ста лет тому назад, как некоторые из них стали задумываться, не будет ли ошибкой воспринимать такое название буквально. Джозеф Джон Томсон подтвердил их опасения в 1897 году, открыв катодные лучи, которые состояли из крошечных частиц, испускаемых атомами. Эти частицы получили название электронов.
Можно просто стоять и ждать, пока атом не испустит новую частицу, можно его к этому подтолкнуть, а можно сделать ему предложение, от которого невозможно отказаться выстрелить этим атомом по какой-нибудь мишени и посмотреть, какие при этом получатся осколки и куда они полетят. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон построили небольшой ускоритель частиц и совершили знаменательное «расщепление атома». Вскоре выяснилось, что атомы состоят из трех типов частиц: электронов, протонов и нейтронов. Эти частицы крайне малы, и увидеть их пока что нельзя даже в самые мощные микроскопы; сами же атомы можно «увидеть» с помощью высокочувствительных микроскопов, использующих квантовые эффекты.
Все элементы водород, гелий, углерод, сера и так далее состоят из этих трех частиц. Они обладают различными химическими свойствами, потому что количество частиц в их атомах отличается. Атомы подчиняются некоторым общим правилам. Частицы, к примеру, переносят электрический заряд: электроны отрицательный, протоны положительный, нейтроны нулевой. Таким образом, чтобы суммарный заряд был равен нулю, количество протонов должно совпадать с количеством электронов. Самый маленький атом это атом водорода, который состоит из одного электрона и одного протона; атом гелия состоит из двух электронов, двух протонов и двух нейтронов.
Химические свойства атома главным образом зависят от его электронов, поэтому разница в количестве нейтронов не оказывает на его химию существенного влияния. Но небольшая разница все же есть. Этим объясняется существование изотопов, разновидностей конкретного элемента, которые слегка отличаются химическими свойствами. К примеру, атом наиболее распространенного изотопа углерода содержит шесть электронов, шесть протонов и шесть нейтронов. Но есть и другие изотопы, в которых количество нейтронов варьируется от двух до шестнадцати. Углерод-14, который используется археологами для определения возраста органического материала, содержит восемь нейтронов. Атом самой распространенной формы серы состоит из шестнадцати электронов, шестнадцати протонов и шестнадцати нейтронов; всего известно 25 изотопов.
Роль электронов в химических свойствах атомов особенно важна, так как они находятся снаружи и, значит, могут контактировать с другими атомами, образуя молекулы. Протоны и нейтроны плотно упакованы в центре атома и составляют его ядро. В ранних моделях атома предполагалось, что электроны движутся вокруг ядра по орбитам, как планеты вокруг Солнца. На смену им пришла модель, представляющая электроны в виде вероятностных облаков, которые не сообщают, где именно находится частица, а указывают ее вероятное местонахождение с точки зрения наблюдателя. Сегодня даже она воспринимается как чрезмерное упрощение довольно сложной математической модели, в которой электрон находится везде и в то же время нигде.
