Екатерина Диппер - Теория Большого взрыва: гид по сериалу по версии Kuraj-Bambey

Рис. 2

Само собой разумеется, что космологи и физики, изучающие элементарные частицы, не стали сидеть сложа руки и предложили десятки возможных объяснений этому эффекту. Диапазон предлагаемых вариантов очень широк: от гипотетических сверхмассивных слабовзаимодействующих частиц — вимпов (от английского Weak Interactive Massive Particle) — до поправок теории гравитации на больших расстояниях. Большинству физиков вариант с частицами гораздо более симпатичен: во-первых, потому, что гипотетические частицы можно изобретать в любых количествах, а в каждой новой теории они еще и заводятся сами собой, как микробы от грязи. А во-вторых — потому, что можно построить огромную дорогостоящую установку и спокойно ждать, когда хоть один из вимпов посетит вас своим вниманием, а эксперименты с гравитацией осуществить на Земле практически невозможно. Сейчас в мире создано уже несколько таких установок, и у их создателей считается хорошим тоном говорить, что им кажется, будто бы видят вимпы. Правда, утверждать это наверняка никто из них не берется.

Подтверждений существования темной материи найдено огромное количество, но это еще полбеды. В последнее время астрономы всерьез заговорили о наличии темной энергии. Используя самые новейшие и точные приборы, они увидели, что какая-то пока не известная сила заставляет нашу Вселенную не просто увеличиваться, а увеличиваться с ускорением. Это стало очень горячей темой, но похоже, что Раджу она совсем не интересна — физики в своих предпочтениях иногда капризнее блондинок, выбирающих очередную сумку от Гуччи. Хотя, может он просто нежится в лучах своей славы открывателя новой планеты за пределами Солнечной системы. К сожалению, тут его можно огорчить, ведь, если наблюдение первых из них было действительно сложной, почетной и по-настоящему физической работой, то сейчас их принято открывать сразу после завтрака, а называть в честь первого попавшегося по дороге на обед предмета. К настоящему времени экзопланет открыто более пятисот, и это количество продолжает увеличиваться с огромной скоростью.

Но почему первые из них смогли заметить лишь в 1992 году? Все дело в расстояниях. Представьте, что обнаружение объекта размером с Юпитер в системе Фомальгаута в созвездии Южной Рыбы (там, кстати, не так давно обнаружили планету) примерно равносильно наблюдению теннисного мяча с расстояния полтора миллиона километров. Заметить такое в телескоп просто не представлялось возможным, поэтому были нужны другие, более хитрые методы. Первым из них был метод Доплера: при движении по орбите планета своим притяжением как бы «раскачивает» звезду, из-за чего ее свет испытывает периодические смещения — это похоже на изменение звука приближающегося или удаляющегося автомобиля. Хотя гораздо лучше этот эффект был продемонстрирован Шелдоном еще в первом сезоне — даже странно, что никто не узнал его в костюме эффекта Доплера. Именно при помощи этого метода было открыто наибольшее количество планет (около четырехсот).

Другим очень удобным инструментом является метод кривой блеска. Если планета проходит перед звездой, ее свет слегка гаснет — именно это происходит на Земле во время солнечных затмений. Правда, здесь тоже следует сделать поправку на расстояние: изменение света редко превышает миллионные доли первоначального, тем не менее, метод оказывается очень действенным. Но есть одна загвоздка: для того, чтобы обнаружить планету с его помощью, необходимо, чтобы плоскость орбиты планеты совпала с плоскостью наблюдения, так что обнаружить много планет этим способом не получится. Тем не менее, такой способ очень хорош для определения среднего числа планет. Сейчас считается, что в нашей галактике порядка 50 миллиардов планет, из них около 2 миллиардов земного типа. Братья по разуму, где вы?

Остальные методы, такие как изменение частоты пульсаров или гравитационное линзирование, достаточны сложны, да и планет таким образом было открыто немного. А вот метод, который точно стоит упомянуть, но который только недавно стал использоваться в этих исследованиях, — это метод непосредственного наблюдения. Да-да, вы не ослышались, астрономы научились видеть теннисные мячики с расстояния 50 орбит Луны, правда, в инфракрасном диапазоне и при условии полного отсутствия помех. Но результат все равно впечатляет, а главное, совершенно непонятно, какие приборы могут использоваться в такого рода исследованиях. А вот тут мы плавно подходим к профессии Говарда.

Конечно, при упоминании работ Говарда в голове сразу всплывают образы космического туалета и механической руки, пригодной для мастурбации. Но мы не будем описывать ни то, ни другое. Устройство космического туалета и впрямь забавно, но его сложно объяснить словами, а показывать здесь картинки хотелось бы еще меньше. Что же касается механической руки, то легко представить, как многим хотелось бы услышать рецепт ее создания. Но, во-первых, все эти штуки защищены кучей патентов, а во-вторых, вспомните, что произошло с самим Воловицем. А ведь он все-таки магистр Массачусетского технологического, страшно подумать, что бы с ним случилось, будь он всего лишь каким-нибудь третьекурсником. Тем не менее, он действительно изредка занимается интересными и полезными вещами, по крайней мере, для того, чтобы хвастаться перед девушками (01.01).

Говард: Может быть, вы знакомы с некоторыми моими работами. Одна сейчас летает вокруг Юпитера и снимает фотографии высокого разрешения.

А ведь принцип, положенный в основу работы камеры самого современного телескопа и самого плохонького мобильника, один и тот же. Главную роль в нем играют так называемые ПЗС — приборы с зарядовой связью. Причем, это давно уже не передний край науки. Сейчас считается не настолько интересным разглядывать космос в телескопы, хотя, как мы недавно узнали, современные телескопы сильно отличаются от тех, в которые разглядывал небо Галилей. Настоящие современные игрушки ученых гораздо интереснее. Такими игрушками университеты хвастаются друг перед другом, как бизнесмены мобильниками Vertu, а размещать их стараются где-нибудь подальше от глаз налогоплательщиков, например, на Международной Космической Станции.

Самая последняя и навороченная из них — это размещенный совсем недавно на МКС альфа-магнитный спектрометр, в разработке которого Говард наверняка принимал участие (рис 3)[37]. Эта симпатичная штучка обошлась участникам проекта в полтора миллиарда долларов, но ее характеристики и то, что она может изучать, действительно впечатляют. Посмотрим, из чего она состоит:

• Сердце АМС — магнитная система. Представляет собой сделанный из 6000 блоков на основе неодимового сплава и уже опробованный на станции Мир постоянный магнит, а также настоящую гордость NASA — сверхпроводящий магнит из 14 катушек ниобиевой проволоки, работающий при силе тока 400 Ампер и охлаждаемый 2500 литрами сверхтекучего жидкого гелия;

• Детектор переходного излучения — анализатор AMS. Регистрирует рентгеновское излучение и отделяет зерна от плевел. Дело в том, что более тяжелые частицы при своем движении излучают гораздо сильнее, чем легкие;

• Времяпролетная система — секундомер AMS — содержит 4 сцинтилляционных счетчика и способна регистрировать емя прохождения частицей установки с точностью до 0,00000000015 сек;

• Кремниевый трекер — отслеживает траектории частиц. Точность — 0,000001 метра;

• Черенковский детектор — спидометр AMS. Излучение Черенкова (кстати, тоже Нобелевская премия) возникает, когда частица в среде движется быстрее, чем свет[38]. Излучение расходится широким конусом, характеристики которого однозначно связаны со скоростью частицы;

• Электромагнитный калориметр — весы AMS. 9 слоев сверхплотного вещества общим весом 496 килограмм. Поглощает частицы, определяя их тип и энергию;

• Система антисовпадений — сторожевой пес AMS. Отбраковывает частицы, которые AMS не может проанализировать.

Рис. 3

Как и любая серьезная современная физическая установка, AMS может работать сразу на нескольких фронтах. Среди них — упомянутые ранее поиски частиц темной материи, исследование космических лучей, но, пожалуй, главное с точки зрения участников проекта — это поиски антиматерии.

Интерес тут связан с одной достаточно простой вещью. Если верить теории Большого взрыва (в которую просто обязан верить каждый зритель сериала), вся материя образовалась из сверхплотного сгустка энергии. При этом процесс образования частиц происходит таким образом, что на каждую образованную частицу приходится одна античастица, то есть частица, обладающая такой же массой, но противоположным зарядом. Но, как мы знаем, все окружающее нас пространство заполнено обычной материей, а антиматерия, если она существует, составляет лишь малую долю всего вещества. Эта проблема получила название барионной ассиметрии Вселенной и до сих пор окончательно не решена. Основных вариантов тут два: либо в нашей Вселенной чередуются части, заполненные веществом и антивеществом, что даже несведущему в науке человеку может показаться странным, либо существует некий, пока ускользающий от нашего внимания процесс, который переводит античастицы в частицы. Таким образом, за время, прошедшее с образования Вселенной, практически все антивещество уже успело превратится в обычную материю. Поскольку процесс этого превращения носит вероятностный характер, а вещества во Вселенной много, какие-то частицы антиматерии все еще должны оставаться, и для того, чтобы понять сам процесс, нарушающий симметрию, было бы неплохо знать, сколько этих частиц существует в настоящий момент. Наибольший интерес при этом представляет гелий — основное топливо звезд. Предыдущие эксперименты показали, что на миллион атомов обычного гелия приходится меньше одного атома антигелия. Альфамагнитный спектрометр должен уточнить это отношение, по крайней мере, в тысячу раз.