Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
Одним из последних свершений де Браззы стала постройка поселка Франсвиль на восточной окраине Габона, задуманного как приют для освобожденных рабов. А уже в нашу эпоху совсем неподалеку, в местечке Окло, французские ученые-ядерщики сделали необычайное открытие, имеющее важные последствия для работы Джона Вебба.
В 1972 году физик Франсис Перрен изучал по заданию Французской комиссии по атомной энергии изотопный состав образцов с уранового рудника Окло. В то время Франция развивала программу строительства АЭС, работающих на богатом габонском уране. Одним из пунктов было решение проблемы ядерных отходов. Их следовало каталогизировать по уровню радиоактивности и для каждой позиции найти максимально надежный способ хранения. Выполняя эту задачу, Перрен не мог не обратить внимание на сходство рудных образцов из Окло с отработанным реакторным топливом.
Атом урана имеет несколько весовых разновидностей, или изотопов. Перрен заметил, что одного из них, урана-235, в образцах содержится меньше, чем обычно можно встретить в природе, словно он частично «выгорел» в какой-то ядерной топке. Потребовалось сделать немало вычислений, провести подробный геологический анализ региона и, разумеется, изрядно поломать голову, но в конце концов Перрен объявил — к почти всеобщему недоумению, — что некогда в Окло сама природа построила атомный реактор. Около двух миллиардов лет назад динамика грунтовых вод вкупе с высокотемпературными процессами создали под землей идеальные условия для самопроизвольной цепной реакции деления урановых ядер.
В тот момент большинство авторитетов во Франции сочло более вероятным объяснением случайное загрязнение образцов. Но впоследствии в окрестностях Окло были найдены другие природные реакторы, и открытие Перрена получило общее признание.
Для науки это открытие — подлинное Эльдорадо. Два миллиарда лет назад тонкой механикой ядерных реакций в недрах Африки управляла все та же константа, которую мы зовем альфой. Если надо выяснить, действительно ли она постоянна, Окло послужит наилучшим испытательным стендом в нашей части Галактики (во всяком случае, лететь за ответом к Альфе Центавра пока не надо).
Одним из первых за находку Перрена ухватился Фримен Дайсон. Этот физик-теоретик, прослывший в кругу коллег неисправимым фантазером, уже давно, подобно Дираку, задавался вопросом: правда ли, что константы и законы никогда не меняются? Природный реактор в Окло дал ему верный шанс получить ответ. Заручившись помощью французского коллеги, ядерщика Тибо Дамура, Дайсон приступил к анализу. Их совместное заключение, вероятно, не слишком порадовало застрельщика исследований: если альфа и изменилась, то уж совсем микроскопически, не более чем на миллиардную долю нынешней величины.
Когда Вебб обнародовал свое открытие, результаты Окло позволили большинству ученых его проигнорировать: эти данные противоречили Веббу, будучи гораздо надежнее света древних звезд. Но в конце концов, поскольку погрешностей в его концепции так и не обнаружилось, некоторые физики решили более пристально изучить выводы Дайсона и Дамура — и нашли изъяны уже в них. Впрочем, по-настоящему убедительные опровержения Окло не появлялись вплоть до 2004 года. Когда же такие данные были получены, они стали не просто погибелью очередной гипотезы. То было четкое свидетельство в пользу изменчивости альфы.
Стив Ламоро и Джастин Торгерсон из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, где воплощался Манхэттенский проект атомной бомбы, проделали «более реалистичные», по выражению Ламоро, расчеты энергетики различных ядерных процессов в прошлом и в настоящем. И не только сами авторы, но даже Тибо Дамур согласился, что их вычисления ближе к истине. Каков же результат? С той поры, как реактор Окло самопроизвольно потух, альфа уменьшилась более чем на сорок пять миллиардных.
Идея, что последние два миллиарда лет — именно столько времени прошло с момента «выключения» реактора — альфа уменьшалась, а десять миллиардов лет до этого она, наоборот, росла (о чем говорит свет звезд, прошедший сквозь газовые облака), кажется абсолютно противоречивой. Но поскольку свидетельства непостоянства констант всё прибывают, эта несуразность вполне может оказаться частью некоего «заговора космических сил».
В 1935 году британский астрофизик Артур Стэнли Эддингтон опубликовал в журнале «Сайенс» статью «Новые пути». В ней он привел четыре числа, которые сам назвал «окончательными мировыми константами». Первое из них, сконструированное Эддингтоном во время плавания через Атлантику, — количество протонов в наблюдаемой Вселенной. Второе — альфа или, скорее, ее инверсия: 1/. Третье представляет собой соотношение гравитационной и электромагнитной сил, которые притягивают электрон к протону. Четвертое еще проще: отношение массы протона к массе электрона.
Убеждение, что эти четыре величины без каких-либо дополнений позволяют описать всю Вселенную, воодушевляло Эддингтона; по его мнению, физика могла прекрасно обойтись только ими. Но, будучи ученым и близким другом Альберта Эйнштейна, который в то время пробовал создать всеобъемлющую «унификацию» теоретической физики, Эддингтон досадовал, что их несколько, а не всего одна. «Нынешнее положение с четырьмя константами вместо единственной, — писал он, — показывает, к какому итогу должна стремиться всеобщая теория». Наверное, Эддингтон расстроился бы куда сильнее, если бы узнал, как мы знаем сегодня, что по меньшей мере две из этих «постоянных», судя по многим признакам, склонны к переменам.
Вторая «коварная изменщица» показала себя в свете, уловленном телескопами Европейской южной обсерватории в Чили. В 2006 году группа физиков опубликовала сообщение, что отношение массы протона к массе электрона, обычно обозначаемое греческой буквой «мю», в далеком прошлом было больше. На сей раз сдвиги в спектрограмме касались световых лучей, прошедших через облака водородного газа. Атом водорода состоит из одной пары протон — электрон; его параметры поглощения и отражения фотонов дали точное значение μ. Только не то, какое ожидали исследователи.
Как и в случае с альфой, эта разница затрагивает очень давнее прошлое и крайне незначительна: за 12 миллиардов лет μ «похудела» примерно на 0,002 процента. Но редакционный совет одного из самых престижных журналов — «Физикал ревью леттерс» — счел этот результат достаточно весомым.
Важен он потому, что масса электронов и протонов играет основную роль в измерении сильных взаимодействий, скрепляющих атомные ядра. Ими же связаны кварки — фундаментальные точечные частицы, из которых состоят протоны и нейтроны. А поскольку альфа характеризует слабые взаимодействия, управляющие радиоактивным распадом, и заодно электромагнитные, то теперь уже три из четырех фундаментальных взаимодействий (за вычетом лишь гравитации) начинают казаться довольно шаткими.
Ну и что прикажете с этим делать? Возможно, на австралийца Вебба так повлияла жизнь среди антиподов, но он предлагает самый простой ответ: не напрягайтесь. В то время как многие физики (если не большинство) спокойствия ради отворачиваются от полученных свидетельств изменчивости постоянных, Вебб на это смотрит совсем иначе, но по-своему не менее практично. Альфа, как он любит напоминать, установлена в качестве константы только в 1938 году. Мю и того позже — в 1953-м. И совсем не потому, что ученые якобы как раз тогда додумались, отчего фундаментальные величины, включая гравитационную постоянную, именно таковы. Нет, их вообще никто не может обосновать: отсутствует глубинная теория, которая объясняла бы экспериментально выведенные значения констант. Следовательно, нет вроде бы никаких оснований отчаянно цепляться за убеждение, будто они обязаны хранить постоянство. В 2003 году в своей статье «Меняются ли со временем законы природы?», опубликованной в январском номере журнала «Мир физики», Джон Вебб попробовал охладить иные горячие головы:
«Когда мы ссылаемся на законы природы, то на самом деле подразумеваем строго ограниченный набор концепций, которые подкупают простотой, представляются универсальными и проверены опытным путем. Тем самым люди выдают за законы природы свои собственные научные теории, что сплошь и рядом неправомерно».
Что же отсюда следует, если не впадать в панику? Этот вопрос Вебб и Барроу обдумывали долго и трудно. Их вывод: переменные константы могут принести некое важное знание. Экспериментальный факт, что альфа как будто изменяется неравномерно — 12 миллиардов лет назад она была меньше нынешней, а ближе к концу этого срока сделалась больше, — подсказывает: константы (а возможно, и законы) способны изменяться во времени — пространстве. Быть может, если доведется когда-нибудь попутешествовать по необъятной Вселенной, там повсюду, куда ни пойди, мы столкнемся с несхожими наборами физических констант и разнобоем законов — космическим аналогом местного самоуправления. Отсюда остается только шаг до предположения, что в одном и том же пространстве законы физики могут меняться со временем. Нет ли здесь связи с расширением Вселенной?
