Наука Плоского мира. Книга 2. Глобус. Терри Пратчетт
Читать онлайн книгу.
случае «резонанс» – это очень правильное слово. Физики рассказывают историю о том, как во вселенной образуется углерод. На определенных звездах происходит особая ядерная реакция, «резонанс» между соседними энергетическими уровнями, служащий для природы мостиком от более легких элементов к углероду. Если верить истории, то без этого резонанса углерод не мог образоваться. Сейчас законы физики, как мы их понимаем, обращаются к ряду «фундаментальных постоянных», таких как скорость света, постоянная Планка в квантовой теории и заряд электрона. Эти числа определяют количественный смысл законов, при этом любое число, выбранное как постоянная, создает свою потенциальную вселенную. Поведение вселенной зависит от фактических чисел, которые используются в законах. Так уж случилось, что углерод является неотъемлемым компонентом всей известной жизни. Вся она ведет к короткой и красивой истории, известной как антропный принцип: с нашей стороны глупо спрашивать, почему мы живем во вселенной, где физические компоненты делают возможным возникновение этого ядерного резонанса, – ибо в противном случае не было бы ни углерода, ни нас, кто задавал бы эти вопросы.
Историю об углеродном резонансе можно найти во многих научных книгах, потому что она дает хорошее представление о скрытом порядке вселенной и, на первый взгляд, отчасти его объясняет. Но если присмотреться внимательнее, то станет понятно, что она является красивой иллюстрацией не только к соблазнительной силе убеждения, но и к недостоверности рассказа. Когда история звучит складно, даже наиболее самокритичным ученым не всегда по силам удается формулировать такие вопросы, от которых она разобьется на части.
История эта вот о чем. Углерод появился на гигантских красных звездах в результате довольно тонкого процесса ядерного синтеза, получившего название тройная гелиевая реакция. При этом процессе происходит слияние трех ядер гелия[8]. Ядро гелия содержит два протона и два нейтрона. При слиянии трех ядер получается шесть протонов и шесть нейтронов. Это и есть ядро углерода.
И все бы хорошо, да только шансы на тройное столкновение внутри звезды ничтожно малы. Гораздо чаще случаются столкновения двух ядер гелия, но и они бывают относительно нечасто. А третье врезается в два других уже слившихся ядра чрезвычайно редко. Это как в случае с волшебниками и шарами с красками. Шары шмякаются в волшебников довольно часто, но вряд ли бы вы много поставили на то, что второй шар попадет в него в тот же самый момент. А это означает, что синтез углерода должен происходить не одним махом, а пошагово, способом слияния сначала двух ядер, а затем присоединения к ним третьего.
В первом шаге нет ничего сложного: в результате получается четыре протона и четыре нейтрона, то есть одна из форм бериллия. Однако эта форма существует всего 10-16 секунды, и третьему ядру гелия очень тяжело успеть за это время. Шанс попадания в цель невероятно мал, из чего вытекает, что вселенная не просуществовала столько времени,
На схематичном изображении атома ядро представляет собой относительно небольшой участок в центре, состоящий из протонов и нейтронов. Электроны движутся по «орбите» на некотором расстоянии от ядра. Тройная гелиевая реакция происходит в плазме, где атомы лишены своих электронов, поэтому в процессе участвуют только ядра. Позже, когда плазма остывает, к ядру присоединяются необходимые электроны.