Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Коли йому було трохи більше тридцяти, Бете вже мав репутацію майстерного фізика, чиє ім’я фігурувало в безлічі результатів – від формули Бете, яка описувала проходження заряджених частинок крізь матерію, до анзацу Бете – методу одержання точних розв’язків певних квантових задач у фізиці багатьох тіл. Низка оглядових статей, що їх він написав 1936 року у співавторстві, про становище галузі ядерної фізики, яка тоді лише зароджувалася, певний час мали беззаперечний авторитет і стали відомі як Біблія Бете (на відміну від традиційної Біблії, її передбачення можна було перевірити, і в міру розвитку наукового прогресу вона зрештою поступилася місцем іншим роботам).

1938 року Бете переконали відвідати конференцію, присвячену «генерації зоряної енергії», попри те, що на той час астрофізика не належала до його основних інтересів. Ще до кінця зібрання він розробив ядерний процес, за яким чотири окремі протони (ядра атомів водню) під дією слабкої взаємодії Фермі зрештою «зливаються» й формують ядро гелію, яке складається з двох протонів і двох нейтронів. У результаті цього синтезу утворюється майже в мільйон разів більше енергії на атом, ніж при спалюванні вугілля. Це дозволяє Сонцю існувати в мільйон разів довше, ніж могли допускати всі попередні оцінки, або 10 мільярдів років замість десяти тисяч. Пізніше Бете показав, що живленню Сонця сприяють інші ядерні реакції, зокрема послідовність, яка перетворює вуглець на азот і кисень – так званий CNO-цикл.

Так було розгадано таємницю Сонця – самого народження світла в нашій сонячній системі. 1967 року Бете здобув Нобелівську премію, а майже 40 років по тому експерименти з нейтрино, що надходять від Сонця, підтвердили його передбачення. Нейтрино були ключовими експериментально спостережуваними елементами, що вможливили це підтвердження. Це через те, що весь ланцюг починається з реакції, у якій зіштовхуються два протони, і за рахунок слабкої взаємодії один із них перетворюється на нейтрон, даючи їм змогу злитися в ядро важкого водню, який називається дейтерій, і випустити нейтрино й позитрон. Позитрон далі бере участь у взаємодіях усередині Сонця, а от нейтрино, які взаємодіють лише шляхом слабкої взаємодії, мандрують за межі Сонця, до Землі й далі.

Щосекунди щодня крізь ваше тіло проходить понад 400 000 мільярдів цих нейтрино. Сила їх взаємодії настільки слабка, що в середньому вони можуть пролетіти крізь десять тисяч світлових років суцільного свинцю, перш ніж почнуть із чимось взаємодіяти, тож більшість із них просто проходять крізь вас і крізь Землю, і ніхто цього не помічає. Але якби не слабка взаємодія, вони не утворювалися б, Сонце не світило б і жоден із нас не існував би, щоб цим перейматися.

Тож слабка взаємодія, попри свою надзвичайну слабкість, значною мірою відповідальна за наше існування. Це є однією з причин, чому, коли виявилося, що й взаємодія Фермі, розроблена для її опису, і нейтрино, уперше нею передбачені, суперечать здоровому глузду, фізики мали підвестися та взяти їх до уваги. А далі вони не мали іншого виходу, як змінити наші уявлення про саму реальність.

Стрімкий розвиток подій упродовж 1930-х років від відкриття нейтрона до дослідження природи нейтронного розпаду, а також відкриття нейтрино й подальше відкриття нової й універсальної близькодійної слабкої сили природи радше збентежили фізиків, аніж надихнули. Блискучий поступ, що привів до об’єднання електрики й магнетизму, а потім квантової механіки й теорії відносності, ґрунтувався на вивченні природи світла. Проте було незрозуміло, як елегантна теоретична доктрина квантової електродинаміки може надати засоби для розгляду нової сили. Слабка взаємодія дуже далека від безпосередніх людських відчуттів і стосується нових та екзотичних елементарних частинок і ядерних трансмутацій, що змушують пригадати алхімію, проте, на відміну від алхімії, їх можна перевірити й відтворити.

Фундаментальне збентеження було пов’язане з природою власне атомного ядра та питанням, що ж тримає його вкупі. Відкриття нейтрона допомогло розв’язати парадокс, який до того, як здавалося, вимагав ув’язнення в ядрі електронів заради врівноваження заряду додаткових протонів, необхідних для одержання відповідних ядерних мас, проте спостереження бета-розпаду, унаслідок якого з ядер вилітали електрони, картину аж ніяк не прояснили.