Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки
Пожалуй, одного этого объяснения хватило бы, если бы новые данные о Большом взрыве и расширении Вселенной не добавили к общей картине еще один фактор. Большой взрыв явно был очень ярким благодаря огромной энергии, которая, как мы знаем, была сосредоточена в одной точке. Так разве в ночном небе по сей день не должны быть видны следы того свечения? Как выяснилось, обнаружить световое «эхо» Большого взрыва (см. главу «Вселенная — это вам не сарай») действительно возможно, но, как и в случае со звездным светом, эффект Доплера, вызванный стремительным расширением Вселенной, изменил оттенок отсветов той давней вспышки, в результате чего световые волны оказались далеко за красной границей спектра: они теперь не видны глазом и фиксируются только как микроволновое излучение.
Обманчиво простой вопрос, сформулированный в 1823 году Генрихом Вильгельмом Ольберсом, за два прошедших столетия привел ученых, жаждавших найти ответ, к целой череде новых открытий, да таких, о которых Ольберс не мог и мечтать.
Сколько длится световой год?
По мнению многих обывателей, такой вопрос звучит вполне нормально и осмысленно. Словосочетание «световой год» похоже на единицу измерения времени. Краткая прогулка по просторам Интернета приносит следующие перлы:
«Кажется, с тех пор, как Скотт Фицджеральд воспевал гибких и податливых девушек-подростков во взрослых нарядах, прошла уйма световых лет» (журнал «Пипл»).
«…в Америке это на протяжении долгих световых лет воспринималось как нечто само собой разумеющееся» («Крисчен сайенс монитор»).
«Ему чудилось, что после поездки в Севилью прошло несколько световых лет. Вспомнив Испанию, О’Нил понял, что настало время серьезных перемен…» («Дейли мейл»).
«101 световой год тому назад» (название альбома одной рок-группы).
«Звездный свет, который мы видим, можно сказать, уже устарел, ведь достигающий Земли свет покинул испускающее его небесное тело много световых лет назад» (из письма, опубликованного в газете «Таймс»).
И — ох, неловко же в этом признаваться! — я сам когда-то пропустил в телеэфир детскую передачу, в которой ведущий сказал группе детей: «Увидимся через пару световых лет!»
В действительности же в световых годах измеряется не время, а расстояние, поэтому единственно правильный ответ на вопрос, прозвучавший в заголовке этой главки, таков: «365 дней, 6 часов, 9 минут и 9,7676 секунд, иными словами столько же, сколько и любой другой год».
Это понятие, сбивающее многих с толку, приходится использовать по той причине, что расстояния до интересующих нас объектов во Вселенной очень велики: попробовав выразить их в любых земных единицах измерения, мы получим слишком громоздкие числа. Самая крупная единица измерения расстояния, используемая на Земле, а точнее, на суше, — это миля, и, поскольку до ближайшей к нам звезды (если не считать нашего Солнца) около 24 689 700 000 000 миль (39 734 220 000 000 километров), гораздо удобнее обозначить столь большое расстояние как 4,3 световых года: 4,3 года потребуется свету, чтобы проделать путь от этой звезды до Земли. Разумеется, можно было бы сказать: «25 триллионов миль», — это выглядит не так уж и устрашающе, но как быть, если речь зайдет о более отдаленных объектах, таких, как «далекая-далекая галактика» (как тут не вспомнить «Звездные войны»?!) под названием IOK-1? Расстояние до нее в милях — 75 715 квинтиллионов, это гораздо сложнее запомнить и выговорить, чем «12,88 миллиарда световых лет».
Все познается в сравнении. Если бы мы, говоря о земных расстояниях, оперировали бы только самыми мелкими единицами длины — если бы мы, скажем, были вирусами гриппа, чьи размеры измеряются микрометрами (1/1000000 метра), — тогда нам было бы сложновато обсуждать расстояние от Лондона до Нью-Йорка. (Впрочем, тут могли бы возникнуть и другие препятствия — например, отсутствие голосовых связок.) Если бы самой крупной нашей единицей длины был микрометр, что было бы в сто раз больше нашего роста, то расстояние до Нью-Йорка в 5 585 000 000 000 микрометров, мы могли бы выразить гораздо короче —1/5 световой секунды.
Если вы до сего дня заблуждались и считали световой год единицей времени, знайте, что вы, сами того не подозревая, оказались в хорошей компании. Даже профессиональные астрономы и люди, которые живо интересуются астрономией, порой допускают ту же ошибку. Вот вам еще одна подборка цитат из Интернета, на сей раз с сайтов, дающих консультации по вопросам астрономии или содержащих астрономическую информацию:
«До чего же удивительно, что мы можем заглянуть так далеко в прошлое… Эх, если бы мы только могли пообщаться там с кем-нибудь, мы бы тогда расспросили их, что происходило на этом месте 7 миллиардов световых лет назад» (из блога).
«Предположим, вы направите “Хаббл” (телескоп) в какую-нибудь сторону и станете наблюдать свет из галактики А, которая двинулась прочь от центра Вселенной 13,7 миллиарда световых лет назад, почти сразу после Большого взрыва. Если луч света покинет галактику А прямо сейчас, он доберется до вас лишь через 46,5 миллиарда световых лет» (сайт для любителей астрономии).
«Таким образом, 12 миллиардов световых лет назад эта масса, которую мы с вами сейчас видим, двигалась намного быстрее, потому что находилась на краю Большого взрыва, конечно, при условии, что Большой взрыв произошел примерно тогда» (форум, посвященный физике).
«До нашей ближайшей соседки Андромеды 2,5 миллиона световых лет. И опять-таки мы видим не ту Андромеду, которая существует сейчас, а ту, какой она была 2,5 миллиона световых лет назад» (www.scienceray.com, сайт о различных вопросах науки).
«Свет покинул проксиму Центавра 4,3 световых года назад, поскольку свет перемещается со скоростью света, а звезда расположена от нас на расстоянии 4,3 световых года» (сайт фирмы «Sky-Watcher», производящей телескопы).
«Если наша Галактика вращается, то можно ли будет, когда она окажется по другую сторону круга, в точке, противоположной нашему нынешнему местонахождению, увидеть Землю, какой она была миллионы световых лет назад?» (вопрос в разделе «Спросите у астронома»).
Хотя последний вопрос был задан дилетантом, отвечал на него профессиональный астроном, который даже не указал собеседнику на ошибку.
Самый древний в мире ядерный реактор
Построить атомную электростанцию стоит в среднем около 1,5 миллиарда фунтов стерлингов. Посреди станции располагается ядерный реактор — тонкое и сложное устройство, снабженное системами контроля, чтобы отслеживать события, занимающие всего лишь долю секунды, и обеспечивать постоянную выработку тепла, которое приводит в действие турбины, производящие электричество. В некоторых типах реакторов исходным веществом в процессе выработки электричества служит уран. Общеизвестно (ведь именно это многие считают существенным недостатком использования атомной энергии), что атомные электростанции производят радиоактивные отходы. В этих отходах содержится непереработанный уран, обладающий весьма характерными свойствами. В общем, если ученые наткнутся на это конкретное вещество, то не ошибутся, предположив, что где-то поблизости находится ядерный реактор, созданный человеком.
Единственным исключением из этого правила стало центрально-африканское государство Габон. Здесь геологи, работавшие на урановом месторождении в местечке Окло, обнаружили в 1972 году образцы урана, обладавшие явными чертами радиоактивных отходов. Но в те времена на всем африканском континенте не было ни одной атомной электростанции. Судя по всему, в этом месте произошло что-то очень странное.
Горные породы с естественным содержанием урана включают в себя атомы урана двух типов: U238 и U235[17]. Преобладают атомы U238, а на долю U235 приходится всего 0,7 %. В ядерном реакторе атомы U235 бомбардируют ядерными частицами под названием «нейтроны». Один нейтрон, попавший в атом U235, выбивает из него еще два или три нейтрона, те бомбардируют другие атомы, из которых вылетают новые нейтроны, и так далее. При соблюдении всех условий запускается цепная реакция, в ходе которой все большее количество атомов распадается, выделяя тепло, которое перерабатывается в энергию. В числе этих необходимых условий — присутствие замедлителя нейтронов (чаще всего это обычная или тяжелая вода; последняя вместо водорода содержит его изотоп дейтерий), который действует как защитная оболочка: не дает излишкам нейтронов вылететь наружу из среды, где происходит реакция, что привело бы к остановке цепной реакции.
Отходы, образующиеся при работе ядерного реактора, содержат куда меньшую долю U235, чем изначальные 0,7 %, ведь большинство атомов было расщеплено в ходе цепной реакции. В горных породах из месторождения в Окло было найдено то же небольшое количество этого изотопа урана, как если бы на этом месте когда-то произошла цепная ядерная реакция. Большинство ученых отказывались в это верить, но, как выяснилось, американский химик японского происхождения Пол Курода (он же Кадзуо Курода, 1917–2001) еще в 1956 году высказал гипотезу о возможности при определенных обстоятельствах протекания цепной реакции с распадом урана в естественной среде. Среди упомянутых обстоятельств фигурировали более высокая доля U235, чем в большинстве ураносодержащих пород, и наличие воды в качестве замедлителя нейтронов.
