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

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.

Секрет Солнца – а в конечном итоге и секрет рождения света в Солнечной системе – был раскрыт. Бете получил Нобелевскую премию в 1967 г., и почти сорок лет спустя эксперименты с солнечными нейтрино подтвердили его предсказания. Нейтрино были ключевым наблюдаемым феноменом, позволявшим получить такое подтверждение. Дело в том, что вся цепочка начинается с реакции, в которой два протона сталкиваются и под влиянием слабого взаимодействия один из них превращается в нейтрон, что позволяет этим двум частицам слиться в ядро тяжелого водорода, известного как дейтерий, испустив при этом нейтрино и позитрон. Позитрон поглощается в недрах Солнца, а вот нейтрино, способное участвовать только в слабом взаимодействии, вылетает из Солнца и летит к Земле и дальше.

Каждую секунду в любой день более 400 триллионов подобных нейтрино проходят сквозь ваше тело. Их способность к взаимодействию настолько слаба, что нейтрино могло бы пройти в среднем сквозь десять тысяч световых лет сплошного свинца, прежде чем провзаимодействовать с чем-нибудь. Поэтому большинство нейтрино пролетают прямо сквозь вас и сквозь Землю, никак себя не проявляя, и никто этого не замечает. Но если бы не слабое взаимодействие, нейтрино бы не образовались, Солнце не светило бы – и нас бы здесь не было, так что это никого бы не волновало.