Читать книгу "Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй - Лоуренс Краусс"

Однако слабому взаимодействию мы обязаны своим существованием нисколько не меньше, чем гравитации и электромагнетизму. В 1939 г. Ханс Бете, которому вскоре суждено было возглавить усилия по разработке атомной бомбы, понял, что те же взаимодействия, которые разрушают тяжелые атомные ядра, извлекая из них взрывную энергию для бомбы, могли бы, при других обстоятельствах, быть использованы для создания крупных ядер из более мелких. При этом могло бы высвободиться еще больше энергии, чем высвобождается при взрыве атомной бомбы.

До того момента источник энергии Солнца оставался загадкой. Было установлено, что температура солнечного ядра не может превышать нескольких десятков миллионов градусов. Может показаться, что это очень много, но энергии, с которыми сталкиваются ядра при такой температуре, к тому моменту были уже достигнуты в лаборатории. Более того, было понятно, что Солнце не может светить за счет простого горения, как свеча.

Еще в XVIII веке было установлено, что объект с массой Солнца мог бы светить с наблюдаемой яркостью порядка десяти тысяч лет, если бы представлял собой что-то вроде горящего куска угля. Хотя это прекрасно соответствовало возрасту Вселенной, который епископ Ашер установил по библейскому рассказу о сотворении мира, к середине XIX века геологи и биологи установили, что на самом деле Земля много старше. Но никакого другого источника энергии вокруг не просматривалось, так что возраст и яркость Солнца долгое время оставались без объяснения[10].

И тут на сцене появляется Ханс Бете – еще один представитель когорты невероятно талантливых и плодовитых физиков-теоретиков, вышедших из Германии в первой половине XX века. Бете тоже был одним из докторантов Арнольда Зоммерфельда и тоже получил в итоге Нобелевскую премию. Бете начал свою карьеру в химии, поскольку вводный курс физики в его университете был достаточно слаб – это обычная проблема. (Я тоже на первом курсе забросил физику, и по той же причине, но, к счастью, физический факультет моего университета позволил мне на следующий год посещать более продвинутый курс.) Бете переключился на физику, прежде чем перейти к последипломным исследованиям, и эмигрировал в Соединенные Штаты, чтобы избежать преследования нацистов.

Будучи блестящим физиком, Бете мог с мелом у доски выполнить детальные расчеты по широкому кругу задач; он начинал в верхнем левом углу и исписывал всю доску до правого нижнего ее угла, почти ничего не стирая. Бете оказал сильное влияние на Ричарда Фейнмана, которого всегда поражал неторопливый методичный подход Бете к задачам. Сам Фейнман часто перескакивал от начала задачи сразу к результату, а промежуточные этапы прорабатывал позже. Прочная техническая подкованность Бете прекрасно сочеталась с блестящими озарениями Фейнмана, когда оба они работали в Лос-Аламосе над атомной бомбой. Они часто ходили по коридору, и Фейнман громко возражал терпеливому, но настойчивому Бете; коллеги окрестили эту пару «линкор и торпедный катер».

Когда я был начинающим физиком, Бете считался живой легендой, потому что даже в девяносто с лишним лет он умудрялся писать важные физические статьи. Кроме того, он всегда был рад поговорить с кем-нибудь о физике. Приехав с лекцией в Корнеллский университет, где Бете проработал большую часть жизни, я был невероятно польщен, когда он зашел ко мне в кабинет, чтобы задать вопросы и внимательно меня выслушать, как будто мне на самом деле было что ему сообщить.

Кроме того, Бете обладал прекрасной физической формой. Друг-физик рассказывал мне о временах, когда ему тоже доводилось посещать Корнеллский университет. Однажды в выходной он амбициозно решил взобраться на холм по одной из многочисленных крутых пешеходных троп неподалеку от кампуса. Он гордился собой, когда, отдуваясь и тяжело дыша, добрался почти до вершины холма, – гордился ровно до тех пор, пока не заметил Бете, которому тогда было далеко за восемьдесят, легко спускавшегося по той же тропе с вершины.

Хотя Бете мне всегда нравился и я всегда очень его уважал, во время работы над материалами для этой книги я обнаружил два дополнительных момента, связывающих нас с ним лично, и мне приятно написать о них. Во-первых, я выяснил, что являюсь в каком-то смысле его интеллектуальным внуком, поскольку руководитель моей курсовой работы по физике М. К. Сундаресан был в свое время одним из его докторантов. Во-вторых, я узнал, что Бете, который терпеть не мог пафосных заявлений о фундаментальных результатах, когда они не основывались ни на глубоких рассуждениях, ни на наблюдательных данных, написал однажды, вскоре после получения докторской степени, шуточную статью, в которой высмеивалась показавшаяся ему нелепой статья знаменитого физика сэра Артура Стэнли Эддингтона. Эддингтон объявлял о том, что «вывел» фундаментальную постоянную электромагнетизма, опираясь на некоторые основные принципы, но Бете совершенно справедливо не увидел в его заявлении ничего, кроме неуместной нумерологии. Узнав это, я стал спокойнее относиться к собственной шуточной статье, которую написал, будучи доцентом в Йельском университете, в ответ на негодную, как мне показалось, статью, опубликованную в одном из лучших физических журналов; в статье говорилось об обнаружении нового фундаментального взаимодействия в природе, и позже в самом деле выяснилась ее ошибочность. В те времена, когда свою статью писал Бете, физический мир воспринимал себя чуть более серьезно, и Бете с коллегами пришлось выступить с извинениями. К моменту, когда аналогичную статью написал я, единственной отрицательной реакцией стал выговор от декана факультета, который опасался, как бы Physical Review в самом деле не опубликовал мою статью.

В тридцать с небольшим Бете уже имел репутацию высокопрофессионального физика, и его имя связывалось с большим количеством результатов, начиная от формулы Бете, описывающей прохождение заряженной частицы через вещество, и заканчивая подстановкой Бете – методом получения точных решений некоторых квантовых случаев задачи многих тел. Серия обзоров, в создании которых он участвовал в 1936 г., посвященных состоянию зарождавшейся тогда области ядерной физики, некоторое время оставалась главным источником информации по данному вопросу и получила известность как библия Бете. (В отличие от традиционной Библии, эта делала проверяемые прогнозы и со временем, по мере развития науки, была заменена другими источниками.)

В 1938 г. Бете убедили посетить конференцию по «источникам звездной энергии», хотя в то время астрофизика не относилась к его основным интересам. К концу встречи он разработал схему ядерных процессов, в ходе которых четыре отдельных протона (ядра атомов водорода) в конечном итоге «сливались» – под действием слабого взаимодействия Ферми – и образовывали ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. При таком синтезе высвобождается примерно в миллион раз больше энергии на один атом, чем при сгорании угля. Это позволяет Солнцу светить в миллион раз дольше, чем по прежним оценкам, или примерно 10 миллиардов лет вместо десяти тысяч. Позже Бете показал, что на Солнце протекают и другие ядерные реакции, в частности так называемый CNO-цикл, в котором углерод, азот и кислород выступают в качестве катализаторов превращения водорода в гелий.