В России, слава богу, каждый школьник знает, что вокруг атомного ядра вращаются электроны, причем их количество равно количеству положительно заряженных протонов в центре ядра, отчего в целом атом электронейтрален. Иные титаны ума, я уверен, даже помнят, что, помимо протонов, в ядре атома есть также незаряженные частицы, которые называются нейтронами. А большего нам знать и не нужно. Поехали!..
Глава 1. Как птица Феникс
Начало этой книге было положено, когда четыре с половиной миллиарда лет тому назад где-то на окраине Млечного пути взорвалась очередная сверхновая звезда…
Я так издалека начинаю, потому что большое видится на расстоянии. И если мы хотим понять, что происходит у нас под ногами, то не нужно уподобляться свинье, уткнувшейся рылом в землю, а нужно поднять голову и устремить взор к звездам. Конечно, там, на небе, сплошная астрономия, а внизу – приземленная геология, и что, казалось бы, между ними общего?.. Однако новое порой рождается именно на стыке нестыкуемого – там, где его найти совершенно не ожидаешь. И в этой книге, которая, строго говоря, должна была быть написана только лет через десять-двадцать (именно таков разрыв между окончательным утверждением новых парадигм в науке и появлением массовых научно-популярных книжек о них), вы познакомитесь с самыми новейшими научными воззрениями. Которые не так давно начали свое шествие в науке и с которыми еще не успели согласиться (и даже познакомиться) многие ученые. Но которые своей блистательной перспективностью уже завоевали немалый авторитет среди малой публики.
Собственно говоря, для успеха любой теории основополагающими являются две вещи. Теория должна основываться на эмпирических, опытных данных, объяснять их. И она должна обладать предсказательной силой. Именно такие теории называют научными. С этой точки зрения фрейдизм или марксизм – не наука, поскольку не обладают свойством опровергаемости. А вот теория относительности вполне научна!
Научной является всякая теория, которую можно подтвердить или опровергнуть с помощью эксперимента. Процесс возникновения науки происходит так. Появляются новые опытные данные, которые не вписываются в старую модель. Ученый, поскрипев извилинами, выдумывает новую модель, и она ему очень нравится: новая теория чертовски красива, и она еще лучше прежней объясняет не только все известные факты (включая те новые данные, которые в старую теорию не вписывались), но и позволяет делать рискованные предсказания. Что значит рискованные?
Это значит, что рискует ученый, который в целях проверки своей теории заявляет: если верна моя модель, должно существовать такое-то неизвестное пока явление, нужно провести эксперимент и проверить. Если результат эксперимента с предсказанием не совпадает, теория неверна. Если совпадает – теория блистательно подтверждается и начинает считаться истинной (то есть актуальной на сегодняшний момент). Именно такое рисковое предсказание сделал однажды Эйнштейн относительно искривления пространства вблизи больших масс. И результат проведенного эксперимента вписал теорию относительности в списки признанных, то есть верных, истинных теорий. А лет через десять все магазины Европы были завалены популярными книжками, объясняющими обывателю суть теории относительности.
Теория, которой посвящена данная книга, не только основана на известных эмпирических фактах, но и позволила сделать несколько совершенно блистательных предсказаний, тем самым подтвердив свою истинность. Но выводы, вытекающие из этой теории, столь непривычны, столь ошеломляющи, что принять ее сегодня готовы не все ученые. Так же как не все физики старого поколения приняли Эйнштейна. Так же как позже Эйнштейн психологически не смог принять квантовую теорию. Она казалась ему чересчур непривычной, абсурдной и несправедливой. Психология – тонкая штука.
Но читателю в этом смысле легче: его мозги не загружены старыми теориями и потому новейшие лягут легко, словно тут и были.
Итак, начало этой книге было положено, когда четыре с половиной миллиарда лет тому назад где-то на окраине Млечного пути взорвалась очередная сверхновая звезда.
Разбросанное взрывом вещество смешалось с космической пылью. Затем постепенно, под действием гравитации, эта смесь стала стягиваться к новому центру тяжести, появление которого в спиральном рукаве нашей галактики было спровоцировано тем же взрывом Сверхновой. Чем больше сжималась туманность, тем быстрее она вращалась – как фигурист, который прижимает раскинутые руки, собираясь «в кучку», и тем самым резко увеличивает скорость своего вращения. Скорость вращения нашей туманности от практически нулевой в самом начале сжатия выросла до весьма ощутимых величин. И, в конце концов, центробежные силы уравновесили силы гравитации и сжатие остановилось. Настал момент так называемой ротационной неустойчивости. В это время туманность напоминала двояковыпуклую линзу. Диаметр этого газопылевого образования аккурат укладывался в нынешнюю орбиту Меркурия – 100 миллионов километров. В середине холодной туманной линзы было сгущение, позже превратившееся в Солнце, а на периферии – более-менее разреженный газ. По-другому такую туманность астрономы называют небулой. Температура в центре небулы была тогда всего ничего – несколько тысяч градусов. Обычный физический нагрев сжимающегося газа. Кто накачивал ручным насосом велосипедное колесо и собственной ладонью чувствовал нагрев сжимающегося газа, знает, о чем речь.
Мы сегодня знаем общее количество вещества в Солнечной системе и, исходя из этого, можем количественно оценить промежуток времени от момента взрыва сверхновой звезды (пора бы уже дать ей какое-нибудь имя, этой нашей звезде-прародительнице, из пепла которой мы состоим!) до момента наступления ротационной неустойчивости. Процесс этот, надо признаться, занял некоторое время. Правда, по астрономическим часам время совершенно ничтожное – миллион лет.
Эволюция звездной системы шла по экспоненте. Вообще, экспонента – общий закон для всех эволюционных процессов. Выглядит экспоненциальный процесс так: сначала все идет медленно-медленно, потом быстрее, быстрее, быстрее и, в конце концов, приобретает скорость взрыва. А после взрыва начинается новый этап медленного роста, но уже на качественно новом уровне: тогда растет уже нечто другое, порожденное взрывом.
Чтобы проиллюстрировать экспоненту для нашего случая, примем весь миллион лет сгущения межзвездного газа за один час. Поставим таймер и посмотрим. И увидим, что одна сотая доля всей массы, раскиданной взрывом сверхновой, сгустилась за 45 минут. За следующие 15 минут (без нескольких секунд) в центре сконденсировалась ровно половина газа, составлявшего будущую солнечную систему. А оставшаяся половина массы слетелась за несколько секунд до финального гонга. Вот вам экспонента.
Что же представлял собой этот самый газ, который сгустился до крутящейся приплюснутой туманности? Клёвую кашу из новеньких атомов, наработанных в ядерной топке сверхновой и потом раскиданных взрывом по межзвездному пространству! Там была вся таблица Менделеева. Были там и радиоактивные элементы – как долгоживущие, так и с периодом полураспада в сто тысяч или миллион лет. Сейчас их в нашей Солнечной системе уже нет – давно вымерли. А когда-то были и сыграли очень важную роль.
…Для тех, кто в танке и, к стыду своему, напрочь забыл, что такое изотопы и радиоактивные элементы, поясняю максимально просто, как для французов. Глянем в таблицу Менделеева. Что мы там увидим? Мы увидим массу всякой интересной всячины! Вот, например, элемент под № 6 – углерод, который обозначается буквой С. Номер элемента в периодической таблице – не просто цифирка в реестре. Она означает, что в ядре углерода 6 протонов. А вокруг них, соответственно, по своим орбитам вращаются 6 электронов. Атомный вес углерода 12 единиц. Это вес ядра. За единицу веса принят вес одного протона. Значит, помимо шести протонов, в ядре атома углерода есть еще шесть частиц без электрического заряда (12 – 6 = 6). Мы знаем, как они называются, – нейтроны. Вес нейтрона практически равен весу протона.
Таким образом, ядро атома углерода под номером 6 с атомным весом 12 сделано из шести протонов и шести нейтронов, вокруг которых болтаются шесть электронов.
Ядро атома железа, которое стоит в таблице Менделеева под номером 26 и имеет атомный вес, равный 56 единицам, сделано из 26 протонов и 30 нейтронов (56 – 26), вокруг которых крутятся по орбитам 26 электронов, уравновешивая своими 26-ю отрицательными электрическими зарядами 26 положительных зарядов протонов. И делая атом полным, законченным и электронейтральным.
Однако в природе встречаются атомы-уродики, в которых нейтронов больше, чем положено по штату. Такие атомы называются изотопами. Например, вместо шести нейтронов в ядре углерода их может быть восемь. Тогда атомный вес возрастает на две единички, и углерод называют С-14, в отличие от обычного углерода С-12. Изотопы нестабильны и норовят развалиться на более стабильные составляющие. Время жизни у каждого изотопа свое. Например, у С-14 период полураспада составляет примерно 5500 лет. Это
