Инаки во Вселенной: обзор книжной новинки от доцента НИЯУ «МИФИ»

Продолжаем совместный проект с издательством Fanzon. Роман Нила Стивенсона «Анафем» комментирует Егор Задеба, доцент Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», старший научный сотрудник экспериментального комплекса «НЕВОД», предназначенного для изучения космических лучей в рекордно широком диапазоне энергий.

Действие романа происходит на планете Арб, наукой занимаются инаки (ученые-аскеты) в своеобразных монастырях (концентах и матиках). Привычная жизнь меняется, когда в небе появляется огромный объект в форме икосаэдра. Инаки довольно быстро понимают, что корабль состоит из незнакомого им вещества — ​новоматерии. Кто‑то предполагает, что пришельцы — ​из другой Вселенной, и оказывается прав. А теперь вопросы эксперту.

— Инопланетянам удалось «в лабораторных условиях осуществить нуклеосинтез по законам, слегка отличающимся от естественных для данного космоса». Герои говорят о двух десятках констант, которые влияют на образование вещества. В реальности так и есть?

— Действительно, констант довольно много, более десятка. Пожалуй, нужно вспомнить теорию тонкой настройки Вселенной. Тот вид Вселенной, который мы знаем, определяется набором фундаментальных констант. К ним относят постоянную Планка, скорость света в вакууме, гравитационную постоянную, элементарный заряд, массу электрона и протона. Будь значение константы сильного взаимодействия меньше, протоны и нейтроны никогда бы не собрались в ядра и известных нам звезд не существовало бы — ​а с ними и нас. Кто‑то все объясняет Божьим промыслом, кто‑то вводит антропный принцип (при других величинах человек не мог бы существовать, а потому других Вселенных он просто и не видел), но есть и те, кто считает, что константы могли бы быть в другом сочетании и при этом стабильная Вселенная тоже появилась бы. Эти рассуждения граничат с философией. Физика нам говорит, что наша Вселенная с другими константами будет совсем иной.

— В романе утверждается, что константы когда‑то были гибкими. Скорость света, постоянная Планка и остальные действительно были другими в ранней Вселенной?

— Есть гипотеза, что в самом начале, когда Вселенная только появилась и была крошечной, константы в ее разных областях могли быть разными. Но речь не о миллионах лет и даже не о годах, а о менее чем миллиардной доле секунды после Большого взрыва. Современные теории говорят, что очень быстро значения выровнялись и стали такими, какими мы их знаем сейчас.

Смущает, что в книге в одной Вселенной могут существовать объекты, возникшие при разных константах взаимодействия. Я бы сказал, что это абсурд. Например, при сверхвысоком давлении даже в условиях комнатной температуры вода может быть твердой, но, как только давление снизится, она снова станет жидкой. То есть когда объект переходит из специальных условий (или Вселенной с другими константами) в обычные (в нашу Вселенную), он начинает вести себя согласно этим новым условиям. При этом он может разрушиться. В экспериментах физики высоких энергий мы фиксируем много короткоживущих частиц, но они не могут стабильно существовать в нашей Вселенной. Думаю, новоматерия в романе также должна была бы исчезнуть или измениться: вещество должно играть по правилам той Вселенной, в которой находится.

— Изучая новую материю, инаки видят, что инопланетный лазер имеет цвет, который им незнаком. Это объясняется тем, что электроны «дают излучение не того цвета». В реальности же играют роль не электроны, а энергетические уровни, между которыми перемещаются электроны? Сами по себе электроны одинаковые?

— Да, электроны одинаковые, все дело в энергетических уровнях. Есть инструменты, которые позволяют смещать длину волны. Волны необычной длины могут испускать сложные молекулы. Или можно поглощать фотоны вспомогательным веществом и переизлучать их, увеличить длину волны и сместить в область меньших энергий. Так что у этой фантастической задачи есть вполне банальное объяснение.

— Инаки пришли к выводу, что все химические элементы у инопланетян немного отличаются от привычных. Более того, у них есть сверхтяжелые элементы, которые немыслимы в мире Арба. Если вынести за скобки гипотетический остров стабильности, можно ли сказать, что каждый следующий после оганесона химический элемент будет еще более нестабильным, а его период полураспада — еще короче? Или прямой зависимости нет?

— Элементы тяжелее свинца, как правило, менее стабильны. Оганесон, например, живет миллисекунду, его предшественник теннессин — ​50 мс, московий — ​несколько секунд. В этом правиле есть нюансы: ядра с четным количеством протонов и нейтронов чаще имеют больший период полураспада, чем с нечетным.

На самом деле мы плохо понимаем, как сильное взаимодействие работает в больших ядрах, нам еще многое предстоит узнать. Поэтому так интересно синтезировать сверхтяжелые ядра, которых нет в природе. Вероятно, у нас приличный запас ядер, которые гипотетически могут существовать хотя бы очень короткое время. Скорее всего, следующим полученным элементом будет не 119‑й, а 120‑й. Он более стабильный. Никто не знает, есть ли впереди нерадиоактивные ядра и сколько ядер в принципе можно синтезировать хотя бы на микросекунду. Великий Юрий Цолакович Оганесян предполагает, что в этой области физики возможно много открытий, и его фабрика сверхтяжелых элементов в Дубне внесет немало новых элементов в таблицу Менделеева.

Еще можно вспомнить так называемые магические числа: при некоторых количествах нуклонов внутри ядра образуются особенно прочные связи, поэтому такие ядра устойчивее, чем у соседей по периодической таблице. Пока самое большое число — ​126, именно столько нейтронов в свинце. Предыдущее магическое число — ​82. И в свинце именно столько протонов. Удивительное совпадение. Поэтому свинец — ​последний элемент со стабильным ядром в периодической таблице. Все ядра тяжелее стремятся вернуться через распады в это энергетически выгодное состояние. Здорово быть свинцом!

Как несложно догадаться, физики нацелены двигаться к 126 протонам, то есть открыть элемент с таким номером в таблице Менделеева. От 118‑го оганесона почти рукой подать. А раз такое ядро магическое по протонам, значит, и более стабильное. Вполне возможно, что когда‑либо ядерным материалом будет не уран‑235 или плутоний, а совершенно новые элементы.

Бомба-двигатель

Корабль инопланетян летает на тяге от взрывов атомных бомб. Из плоского постамента в корме выбрасываются небольшие шары. Шары взрываются, и ракета получает импульс. Такой «двигатель будущего» придумал еще в 1968 году Фримен Дайсон, физик-теоретик и один из основоположников квантовой электродинамики. Только у него бомбы термоядерные, а постамент в форме полусферы. Дайсон полагал, что его разработка будет реализована в конце XXII века.