Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности - Нил Тайсон

Чтобы создать антивещество, нужно по меньшей мере столько же энергии, сколько получишь, когда оно аннигилирует и снова превратится в энергию. Если не запастись заранее полным баком топлива, двигатели на самогенерирующемся антивеществе мало-помалу съедят всю энергию у вашего звездолета. Мне неизвестно, знали ли об этом создатели оригинальной теле– и киноверсий «Звездного пути», но, помнится, капитан Кирк все время требовал «повысить мощность» генераторов вещества-антивещества, а Скотти постоянно отвечал, что двигатели «не сдюжат».

У нас нет оснований полагать, что свойства антиводорода будут чем-то отличаться от свойств обычного водорода, однако их тождественность тоже пока не доказана. Очевидно, что нужно проверить два обстоятельства: тонкости поведения позитрона в связи с антипротоном – подчиняется ли он всем законам квантовой теории – и силу гравитации антиатома – вдруг у него не обычная гравитация, а наоборот, антигравитация. На атомном масштабе сила гравитации между частицами неизмеримо мала. Все события определяются не силой тяжести, а электромагнитными и ядерными силами, которые неизмеримо сильнее гравитации. Нужно создать столько антиатомов, чтобы из них получились тела макро-масштаба, и только тогда можно будет измерить свойства больших количеств антивещества и сравнить их со свойствами обычного вещества. Если сделать из антивещества набор биллиардных шаров, а также, разумеется, биллиардный стол и кии, удастся ли отличить антибиллиардную партию от обычной биллиардной? Упадет ли черный шар на пол точно с тем же ускорением, что и обычный черный шар? Будут ли антипланеты вращаться вокруг антизвезды точно так же, как и обычные планеты вокруг обычных звезд?

С философской точки зрения я убежден, что свойства макроколичеств антивещества окажутся тождественны свойствам обычного вещества – нормальная гравитация, нормальная упругость, нормальный свет, нормальный биллиард и так далее. К сожалению, из этого следует, что антигалактика, которая окажется на опасно близком расстоянии с Млечным путем и столкнется с ним, будет неотличима от обычной галактики, пока не станет слишком поздно и уже ничего нельзя будет поделать. Однако эта страшная участь, судя по всему, не так уж часто постигает галактики во Вселенной, поскольку, например, если одна-единственная звезда аннигилирует с одной-единственной антизвездой, вещество очень быстро и без остатка превратится в гамма-излучение. Две звезды с массой, примерно равной массе Солнца, в каждой из которых содержится около 1057 частиц), вспыхнули бы с такой яркостью, что система, получившаяся в результате столкновения, временно превзошла бы по выработке энергии все звезды в сотне миллионов галактик. У нас нет убедительных свидетельств того, что подобное случалось хотя бы раз. Так что, насколько мы можем судить, во Вселенной преобладает обычное вещество. Иначе говоря, когда вы отправитесь в очередное межгалактическое путешествие, опасность аннигиляции при разработке правил техники безопасности можно и не учитывать.

И все же равновесия во Вселенной нет, и это нервирует: в момент создания у любой античастицы всегда есть частица-двойняшка, а вот обычные частицы, похоже, прекрасно обходятся без своих античастиц. Может быть, где-то во Вселенной таятся залежи антивещества, которые и отвечают за дисбаланс? Или в первые мгновения существования Вселенной был нарушен какой-то физический закон (либо действовал какой-то неизвестный физический закон) и это навеки перекосило равновесие в пользу обычного вещества? Ответы на эти вопросы мы, возможно, так и не узнаем, но пока что, если у вас во дворе приземляется инопланетный звездолет и оттуда высовывается в приветственном жесте какое-то щупальце, не спешите его пожимать – лучше бросьте ему биллиардный шар. Если щупальце взорвется, значит, инопланетянин, скорее всего, состоял из антивещества. Если нет, налаживайте общение и ведите его к своему командиру.

Часть III

Нравы и обычаи природы

Какой видит природу пытливый ум и почему так получается

Глава одиннадцатая

Как важно быть постоянной

Стоит упомянуть слово «постоянная» – и слушателям сразу приходит на ум супружеская верность либо финансовая стабильность, а может быть, старая пословица, что в жизни нет ничего постоянного, кроме перемен. Между тем у Вселенной есть свои постоянные – неизменные величины, которые постоянно напоминают о себе и в природе, и в математике, числа, чьи значения играют важнейшую роль в научных изысканиях. Одни постоянные – физические, основанные на наблюдениях и измерениях. Другие тоже проливают свет на устройство Вселенной, однако они исключительно численные и происходят из математики как таковой.

Одни постоянные локальны и ограниченны, их можно применять всего-навсего в одном контексте, к одному объекту или одной подгруппе. Другие фундаментальны и универсальны и относятся к пространству, времени, веществу и энергии всегда и везде, и благодаря им исследователи получают возможность понимать и предсказывать прошлое, настоящее и будущее Вселенной. Ученым известно лишь несколько фундаментальных постоянных. Первые три места в их списке в памяти большинства из нас занимают скорость света в вакууме, гравитационная постоянная Ньютона и постоянная Планка, основа квантовой физики и ключ к печально знаменитому принципу неопределенности Гейзенберга. Кроме того, в число универсальных постоянных входят заряд и масса всех фундаментальных субатомных частиц.

Всякий раз, когда во Вселенной проявляется какая-либо закономерность причин и следствий, возникает подозрение, что здесь замешана постоянная. Однако, чтобы определить причину и следствие, нужно отделить все изменчивое от неизменного и убедиться, что мы не принимаем за причинно-следственную связь простую корреляцию, какой бы соблазнительной она ни была. В 90-х годах XX века в Германии резко возросла популяция аистов – а еще количество женщин, решивших рожать детей дома, а не в больнице. Так что же, считать, что детишек доставляли аисты? Едва ли.

Зато, убедившись, что постоянная вправду существует, и измерив ее значение, можно строить теории и прогнозировать всевозможные явления, которые мы еще не открыли или о которых даже не задумывались.

Первую неизменную физическую величину, имевшую отношение к устройству Вселенной, открыл немецкий математик Иоганн Кеплер, обладавший мистическим складом ума. В 1618 году, проблуждав десять лет в мистических дебрях, Кеплер обнаружил, что если возвести в квадрат время, которое нужно планете, чтобы обойти вокруг Солнца, эта величина всегда пропорциональна кубу среднего расстояния от планеты до Солнца. И оказалось, что это поразительное соотношение справедливо не только для всех до единой планет в нашей Солнечной системе, но и для всех до единой звезд, вращающихся вокруг центра Галактики, и для всех до единой галактик, вращающихся вокруг центра скопления галактик. Как читатель, вероятно, уже заподозрил, здесь не обошлось без постоянной, о чем Кеплер и не подозревал: в формулы Кеплера закралась ньютонова гравитационная постоянная, которую предстояло открыть лишь через 70 лет.

Вероятно, первой константой, которую вы проходили в школе, было число пи – математическая величина, получившая название в честь греческой буквы π в начале XVIII века. Пи – это всего-навсего отношение длины окружности к ее диаметру. Иначе говоря, пи – множитель, при помощи которого можно по диаметру круга вычислить длину окружности или наоборот. Кроме того, с числом пи мы постоянно сталкиваемся и в обычной жизни, и в разных интересных ситуациях – всегда, когда речь идет о кругах и эллипсах, об объемах некоторых геометрических тел, о движении маятников, о дрожании струн и об анализе электрических контуров.

Пи – не целое число, оно обладает бесконечной последовательностью неповторяющихся десятичных знаков; если оборвать эту последовательность так, чтобы в нее вошли все арабские цифры, получится 3,14159265358979323846264338327950. В любые времена, при любом месте жительства и национальности, в любом возрасте и при любых эстетических предпочтениях, при любом вероисповедании и любых политических пристрастиях, будь ты хоть республиканец, хоть демократ, стоит подсчитать число пи – и получишь тот же ответ, что и кто угодно другой во всей Вселенной. Постоянные вроде пи обладают таким уровнем глобализации, о какой человеку и мечтать нечего, мы его все равно никогда не достигнем – и именно поэтому, если людям когда-нибудь придется налаживать коммуникацию с инопланетянами, общение, скорее всего, пойдет на языке математики, космическом «лингва франка».