Маркус Чоун - Чудеса обычных вещей. Что обыденная жизнь рассказывает нам о большой Вселенной
Существовала очень высокая вероятность, что Хойл ошибается. С другой стороны, Фаулер придерживался принципа экспериментатора: никогда не будь глух к неожиданному. Он собрал членов своей небольшой исследовательской группы, и те вежливо выслушали, как Хойл повторил свои необыкновенные доводы в пользу существования у углерода-12 энергетического уровня в 7,65 МэВ. Возможно ли, спросил Хойл, что известные на сегодняшний день эксперименты каким-то образом упустили этот уровень? Последовала техническая дискуссия, большую часть которой Хойл даже не понял. Однако в конце концов коллеги Фаулера пришли к единому мнению. Если уровень углерода-12 с энергией 7,65 МэВ имеет некоторые очень специфические свойства, то да, вполне возможно, что эксперименты его упустили. Команда решила перенастроить свое оборудование и «заглянуть» в углерод-12.
Десять дней, пока продолжался эксперимент, Хойл мучился в неизвестности. Каждый день он спускался в недра Лаборатории имени Келлога — щедрого подарка магната кукурузных хлопьев — и наблюдал, как коллега Фаулера Уорд Уэйлинг и его группа работают не покладая рук в джунглях силовых кабелей, трансформаторов и камер, похожих на водолазные колокола, в которых сталкивались друг с другом атомные ядра. И каждый день, когда Хойл вновь выползал из лаборатории на мучительно яркое калифорнийское солнце, он испытывал облегчение от того, что его идея продержалась еще одни сутки и ее никто пока не растер в порошок, но облегчение тут же сменялось тревогой: а что будет завтра? а послезавтра?.. На десятый день Хойла встретил Уэйлинг. Руководитель группы долго жал руку английского астронома и извергал поздравления. Эксперимент удался. Предсказание Хойла подтвердилось. Невероятно, но углерод-12 обладал энергетическим уровнем со значением, всего лишь на волосок отличающимся от 7,65 МэВ.
Это был самый поразительный результат из всех, которые Фаулер когда-либо наблюдал. Он и впрямь не верил, что вопиющее предсказание Хойла будет подтверждено. Однако же вот — подтвердилось, да еще как эффектно! Подобно некоему всеведущему богу, Хойл вгляделся в сердце природы и высмотрел нечто такое, что простым смертным — или, во всяком случае, простым физикам-ядерщикам — было не дано увидеть. Он провозгласил, что углероду-12 должен быть свойствен уровень с энергией 7,65 МэВ, потому что если бы такого уровня не было, то и людей не было бы на свете. До сегодняшнего дня Хойл остается единственным человеком, который сделал успешное предсказание на основании антропного аргумента, опередив физический эксперимент.
Однако Хойл понимал, что, несмотря на потрясающий триумф, радоваться было рано. Стоит углероду-12 образоваться в недрах красного гиганта, как он сразу становится неподвижной мишенью, ожидающей, что по ней вот-вот ударит очередное ядро гелия. А в результате образуется ядро кислорода-16. Все хорошее, что принес тройной альфа-процесс, будет сведено на нет. Хотя углерод и получается в ходе этого процесса, он немедленно превращается в кислород. И Вселенная остается без углерода.
Для формирования углерода необходимо, чтобы ядро углерода-12 вибрировало с частотой, соответствующей очень конкретной энергии — суммарной энергии трех ядер гелия при температуре, типичной для недр красного гиганта. Это было понятно. Но теперь Хойл понял кое-что еще: углерод сможет выжить и не превратится в кислород только в том случае, если кислород-16 не будет вибрировать с определенной частотой, соответствующей конкретной энергии. А именно: кислород-16 не должен обладать энергией, равной суммарной энергии ядра углерода-12 и ядра гелия при той самой «сердцевинной» температуре красного гиганта. Если же такая энергия ему свойственна, возникнет резонанс, и весь углерод-12 тотчас превратится в кислород-16.
В рамках своей работы по CNO-циклу команда Фаулера уже измерила свойства ядра кислорода-16. Хойл внимательнейшим образом изучил эти данные. У него замерло сердце, когда он увидел, что энергетическое состояние кислорода-16 очень близко к тому уровню энергии, который следовало избегать любой ценой. Но, тщательно изучив проблему, Хойл к своему облегчению обнаружил, что значение этого энергетического состояния лежит за пределами опасного диапазона. Кислород и впрямь может формироваться внутри звезд, но, к счастью для рода человеческого, не за счет углерода.
Когда у Хойла появлялась свободная минутка и он принимался размышлять над тем, что именно он открыл, он все больше и больше изумлялся тем совпадениям в ядерном мире, от которых столь решительно зависит наше существование. Бериллий-8 нестабилен, но не настолько нестабилен, чтобы тройной альфа-процесс был невозможен. Значение энергетического уровня углерода-12 ровно таково, чтобы тройной альфа-процесс входил в резонанс и порождал значительные количества углерода. А у кислорода-16 как раз нет энергетического уровня с «нехорошим» значением, поэтому не весь углерод-12 превращается в кислород-16. Если бы эти три условия не удовлетворялись, Вселенная не содержала бы элементы тяжелее углерода, или, как вариант, в ней были бы тяжелые элементы, но не было бы углерода. Однако ничего подобного не произошло, все было тонко сбалансировано таким образом, чтобы родилась именно наша Вселенная, в которой примерно равные количества углерода и кислорода — элементов, принципиально необходимых для жизни.
Хойл задумался: как все это понимать? — и пришел к двум вполне логичным возможностям. Первая заключалась в том, что есть Бог, который тонко настроил свойства ядер бериллия-8, углерода-12 и кислорода-16, так чтобы мы могли прийти в этот мир. Проблема с этим вариантом лишь в том, что он ненаучен. Поразительная черта науки: вы получаете больше, чем вкладываете. Научное объяснение — зачастую сведенное к формуле или уравнению — всегда проще и компактнее, чем те наблюдения, которые оно обобщает. Если же Бог тонко настраивает вещи, то объяснение — мол, причиной всему сложное всевышнее существо — оказывается столь же сложным, если не более сложным, как те вещи, для которых оно понадобилось. Вы получаете меньше, чем вкладываете, — это антитеза науки. Есть еще одна проблема с гипотезой Бога: едва ли не самое поразительное заключение, которое можно сделать о Вселенной, — это то, что она, судя по всему, замечательно, просто превосходно функционирует, подчиняясь лишь известным физическим законам, без какого-либо сверхъестественного ввода данных.
Но если Создатель не занимался тонкой настройкой энергетических уровней бериллия-8, углерода-12 и кислорода-16, как тогда объяснить все эти невероятные совпадения? Хойл высказал сногсшибательное предположение. Возможно, наша Вселенная — не единственная. Возможно, есть множество вселенных, каждая со своими физическими законами. В большинстве вселенных физические законы не сговариваются, чтобы сотворить ядерные совпадения для образования углерода, и там нет жизни. Тогда не удивительно, что мы обнаружились во вселенной, где эти ядерные совпадения, необходимые для жизни, существуют.
Как же нам не возникнуть в таком случае?
Это удивительная, перевернутая логика. Но для Хойла только такая логика и имела смысл. Невероятно: сам факт нашего существования как углеродных созданий, возможно, рассказывает нам не просто и не только лишь о том, что глубоко внутри звезд бытуют ядерные совпадения. Возможно, он рассказывает нам о том, что где-то там, в других пространствах или других измерениях, существует огромное — если не бесконечное — количество других вселенных.
Продолжение следует.
Благодарности
Я благодарен следующим людям, которые непосредственно помогали мне, вдохновляли или просто подбадривали, пока писалась эта книга: Карен, Генри Волансу, Фелисити Брайан, Нилу Белтону, Ларри Шульману, Джиму Хартлу, Стивену Шу, Михаэле Массими, Дэвиду Арнетту, Эду Харрисону, Э. К. Грейлингу, Стивену Хокингу, Адриану Митчеллу, Фриману Дайсону, Иэну Бахрами, Саймону Сингху, Брайану Мею, Саре Менгуч, Элу Джонсу, Тане Монтейро, Брайану Клеггу, Клер Дадман, Алексу Холройду, Джону Гриндроду, Саре Сэвитт, Майлзу Пойнтону, Мишель Топам, Шаназу Мирзе, Патрику О’Халлорану, Энди и Кэнди Когланам, Джереми Уэббу, Валери Джеймисон, Роджеру Хайфилду, Бобби Дербиширу, Александру Гордону Смиту, Алому Шаха, Стиву Хеджесу, Сью О’Малли, Дэвиду Хау, Пэм Янг, Хейзел Мьюр, Стюарту и Никки Кларкам, Спенсеру Брайту, Крисси Айли, Карен Гуннелл, Йо Гуннелл, Пэт и Брайну Чилвер, Стелле Барлоу, Барбаре Пелл и Дэвиду Бруину, Джулии и Биллу Бейтсонам, Анни и Мартину Урселл, Барбаре Кайзер, Дайане, Питеру, Кирану и Люси Томлин, Эрику Гурли, Полу Брандфорду, Хелен и Стиву, Люси, Крису, Хелен и Оливии, Нуале, Навину и Ибрагиму, Мэри, Акселю и Симоне, Карло и Биллу.
Словарь
Абсолютный нуль. Минимальный предел температуры, который может иметь физическое тело. Когда тело охлаждается, его атомы движутся все более и более медленно. При абсолютном нуле, что соответствует -273,15 С° по шкале Цельсия, их хаотическое движение прекращается. (На самом деле это не совсем так, поскольку принцип неопределенности Гейзенберга «заставляет» атомы дрожать даже при абсолютном нуле — это так называемые нулевые колебания.)
