Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 2. Глобус

Историю об углеродном резонансе можно найти во многих научных книгах, потому что она дает хорошее представление о скрытом порядке вселенной и, на первый взгляд, отчасти его объясняет. Но если присмотреться внимательнее, то станет понятно, что она является красивой иллюстрацией не только к соблазнительной силе убеждения, но и к недостоверности рассказа. Когда история звучит складно, даже наиболее самокритичным ученым не всегда по силам удается формулировать такие вопросы, от которых она разобьется на части.

История эта вот о чем. Углерод появился на гигантских красных звездах в результате довольно тонкого процесса ядерного синтеза, получившего название тройная гелиевая реакция. При этом процессе происходит слияние трех ядер гелия [8] На схематичном изображении атома ядро представляет собой относительно небольшой участок в центре, состоящий из протонов и нейтронов. Электроны движутся по «орбите» на некотором расстоянии от ядра. Тройная гелиевая реакция происходит в плазме, где атомы лишены своих электронов, поэтому в процессе участвуют только ядра. Позже, когда плазма остывает, к ядру присоединяются необходимые электроны. . Ядро гелия содержит два протона и два нейтрона. При слиянии трех ядер получается шесть протонов и шесть нейтронов. Это и есть ядро углерода.

И все бы хорошо, да только шансы на тройное столкновение внутри звезды ничтожно малы. Гораздо чаще случаются столкновения двух ядер гелия, но и они бывают относительно нечасто. А третье врезается в два других уже слившихся ядра чрезвычайно редко. Это как в случае с волшебниками и шарами с красками. Шары шмякаются в волшебников довольно часто, но вряд ли бы вы много поставили на то, что второй шар попадет в него в тот же самый момент. А это означает, что синтез углерода должен происходить не одним махом, а пошагово, способом слияния сначала двух ядер, а затем присоединения к ним третьего.

В первом шаге нет ничего сложного: в результате получается четыре протона и четыре нейтрона, то есть одна из форм бериллия. Однако эта форма существует всего 10 -16секунды, и третьему ядру гелия очень тяжело успеть за это время. Шанс попадания в цель невероятно мал, из чего вытекает, что вселенная не просуществовала столько времени, за которое могла быть образована хотя бы малая часть ее углерода. Значит, способ тройного слияния исключается, и углерод остается загадкой.

Разве что… здесь может быть лазейка. И да, она действительно имеется. Слияние бериллия с гелием, в результате которого получается углерод, будет происходить гораздо быстрее и создавать значительно больше углерода за меньший отрезок времени, если энергия этого углерода будет близка к сумме энергий бериллия и гелия. Такое приблизительное равенство энергий называется резонансом . В 1950-х годах Фред Хойл утверждал, что углерод должен был все-таки откуда-то взяться, и предсказал существование резонансного состояния атома углерода. Он должен был обладать особой энергией, которая, по его расчетам, составляла бы около 7,6 МэВ [9] 1 МэВ равняется миллиону электронвольт. Электронвольт – это, разумеется, единица измерения энергии, хотя для нас сейчас не столь важно. Но для справки отметим, что это энергия электрона в момент, когда его потенциал увеличивается на 1 вольт. Он также равен 1,6×10 -12 эрг. В данном случае энергия – это разница между ее избытком и минимальной энергией атома, то есть его «основным состоянием». Что такое эрг? Найдите ответ сами, если вам это действительно интересно. .

Не прошло и десятка лет, как было установлено, что действительно существует такое состояние, при котором энергия равна 7,6549 МэВ. К сожалению, сумма энергий бериллия и гелия оказалась примерно на 4 % выше этой величины, а для ядерной физики такая погрешность огромна.

Ай-яй-яй!

Но чудесным образом выяснилось, что очевидная разница была именно тем, что нужно. Почему? Потому что дополнительная энергия, которую обеспечивали температуры, обнаруженные внутри красного гиганта, как раз заменяла в сумме энергий ядер бериллия и гелия те недостающие 4 %.

Вот так вот!

Эта чудесная история принесла Хойлу множество заслуженных научных очков. Но из-за нее же наше существование теперь кажется довольно хрупким. Если бы фундаментальные постоянные нашей вселенной изменились, то же самое случилось бы и с жизненно важной величиной 7,6549. Тут так и хочется сделать вывод, что постоянные нашей вселенной привязаны к углероду, что делает его по-настоящему особенным элементом. А еще хочется отметить, что такая привязка была взята, чтобы зарождение сложных форм жизни стало неизбежным. Хойл не стал делать таких выводов, однако искушению поддались многие другие ученые.

Звучит все это хорошо, но в чем проблема? Один физик, Виктор Стенджер, назвал этот вывод «космифологией», а другой, Крэйг Хоган, указал на одно из его слабых мест. Данный вывод рассматривает температуру красного гиганта и 4 %-ную разницу энергетических уровней так, будто они не зависят друг от друга. Или, другими словами, предполагает, что фундаментальные постоянные можно изменить, не затронув роль красного гиганта в этом процессе. Да только это сущий вздор. Хоган указывает, что «структура звезд включает в себя встроенный термостат, который автоматически регулирует температуру, поддерживая уровень, необходимый для протекания реакций». Так же можно удивляться тому, что температура огня идеально подходит для горения древесины, хотя на самом деле такая температура возникает вследствие химической реакции горения этой древесины. Такая ошибка вполне типична для исследований взаимосвязей природных явлений и достаточно распространена в антропных рассуждениях.

В мире людей даже углерод не столь важен, как рассказий. И в связи с этим мы хотели бы сформулировать новый антропный принцип. Так уж сложилось, что мы живем во вселенной, где физические постоянные подходят для того, чтобы работающие на углероде мозги эволюционировали до уровня, на котором они смогут создать рассказий аналогично тому, как звезды создают углерод. А рассказий творит безумные вещи вроде запуска машин на Луну. В самом деле если бы углерод (до сих пор) не существовал, то какая-нибудь работающая на рассказии форма жизни могла бы найти способ его изготовления, придумав себе захватывающую историю о том, как он для нее необходим. Вот и выходит, что причинность в этой вселенной неисправимо странна. Физики любят приводить все к фундаментальным постоянным, но все это скорее напоминает закон Мерфи.

Только это уже совсем другая история.

Чем больше мы думаем о влиянии рассказия на жизнь людей, тем очевиднее становится, что наш мир вращается вокруг силы историй. Рассказывая истории, мы создаем свой разум. Газеты выбирают новости исходя из ценности историй, а не из их реальной значимости. «Англия проиграла Австралии в крикет» – это история (пусть и не самая удивительная), поэтому она попадает на первую полосу. «Врачи полагают, что диагностирование заболеваний печени за последнее время улучшилось на 1 %» – это не история, хотя в науке по большей части только такое и происходит (а спустя годы в зависимости от состояния вашей печени вы, может быть, посчитаете это более значимой историей, чем результат матча по крикету).