Виталий Севастьянов - Загадки звездных островов. Книга 2 (сборник)

Единственный шанс избежать энергетической катастрофы — это успеть вовремя перевести стрелку: перевести промышленность на рельсы другой энергетики. Мир настойчиво ищет энергию. В ряде стран приняты законы, обязывающие внедрять новые источники энергии. "…Уже становится общепризнанным, — писал академик Петр Капица, — что надежда на решение глобальных энергетических проблем связывается с использованием ядерной энергии. Физика дает полное основанье считать, что эта надежда обоснованна".

В 1905 году Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что находящаяся в покое масса m содержит огромный запас энергии Е = mС 2, где С — скорость света. С тех пор получено огромное число подтверждений этого закона, и одно из них — атомная бомба. Формула Е = mС 2, дающая предельное значение содержащейся в массе вещества энергии, вошло в историю как формула Эйнштейна. Интересна предыстория этого соотношения, связанная с именем выдающегося английского ученого, математика и электротехника Оливера Хевисайда (1850–1925). Имя Хевисайда хорошо известно студентам вузов электротехнических и радиотехнических специальностей. Курсы теоретических основ электротехники и радиотехники начинаются с операторного метода расчета цепей, созданного Хевисайдом. Он внес большой вклад в теорию передачи электрических сигналов по линиям связи. Уравнения Хевисайда принесли огромные барыши телеграфным компаниям, но сам их создатель жил в бедности. Хевисайд был горд. Он не принимал пожертвований.

В 1902 году (одновременно с американским электротехником Артуром Кеннеди) Хевисайд указал на существование высоко над поверхностью Земли ионизированного слоя, который должен отражать радиоволны. Специалисты не сразу поверили этому открытию. И только в 1924 году за два месяца до смерти Хевисайда было получено подтверждение существования слоя. Его раньше называли слоем Хевисайда. В современной даже узко специализированной литературе этого названия почти не встретишь. Тем удивительнее было увидеть его в стихах…

Автор этих строк, датированных 1946 годом, поэт Сергей Орлов, фронтовик, горевший в танке. Я недавно наткнулся на них, просматривая в книжном магазине посмертно вышедший (в 1982 году) сборник его стихотворений. И вдруг давно забытое название — "слой Хивсайда". Прочел стихотворение и восхитился: "Первый послевоенный год — и такая вера в будущее!" Спустя пятнадцать лет сквозь "слой Хивсайда" проложил трассу Юрий Гагарин и отмерил первые космические версты.

Бывший инженер-связист, достигший немалых успехов в этой области, а ныне популярный писатель Артур Кларк в своей книге "Голос через океан" рассказывает об одном малоизвестном открытии Хевисайда.

"Используя основы физики, — пишет Артур Кларк, — Хевисайд установил зависимость между массой и энергией тела задолго до того, как она стала известна ученому миру. К 1890 году в своих исследованиях он уже пришел к подтверждению зависимости Е = mС 2, предвосхитив, таким образом, на 15 лет более общую формулировку этого закона Эйнштейном. Это самое поразительное и менее всего известное широкой публике достижение Хевисайда.

Как и Эйнштейн, Хевисайд в последние годы жизни работал над теорией единого поля, которая объединяет электричество, магнетизм и силы притяжения. Результаты исследования он изложил в четвертом томе своей "Теории электромагнетизма", но этот том не был опубликован. (Три объемистых тома "Теории электромагнетизма" были опубликованы. — Ред.) Несмотря на усиленные поиски, рукопись обнаружить не удалось. Однако известно, что она существовала и что Хевисайд передал ее какому-то американскому издателю, отказавшемуся выдать ему аванс в сумме тысячи фунтов стерлингов.

Здесь заключена мучительная загадка, одна из тех, которые никогда не будут разрешены. Подобно этому остались неизвестными последние слова, произнесенные умирающим Эйнштейном, — и лишь по той причине, что сиделка не понимала по-немецки. Безусловно, копия рукописи имелась у Хевисайда дома, но, когда его поместили в больницу, никто, видимо, не подумал об этой стороне дела. Сообщение о смерти Хевисайда было немедленно передано Би-би-си. На другой же день предприимчивый вор-взломщик проник в пустой дом. Ценностей он там, конечно, не нашел, ко украл много книг и рукописей. И вполне возможно, что современные физики бьются над какой-либо проблемой, решение которой было украдено февральской ночью 1925 года".

Первое экспериментальное подтверждение правильности соотношения между массой и энергией было получено при сравнении энергии, высвобождающейся при радиоактивном распаде, с разностью масс исходного ядра и конечных продуктов.

Другим примером огромной энергии, заключенной в массе покоя, часто пользуются писатели-фантасты.

Эта реакция аннигиляции. При столкновении электрона и позитрона (электрона с положительным зарядом) энергия покоя этих двух частиц полностью высвобождается и переходит в энергию электромагнитного излучения.

Однако существуют строгие ограничения на величину энергии, которая может быть извлечена из массы покоящегося вещества, и устанавливаются они одним из основных законов природы — законом сохранения барионов. Согласно этому закону полное число протонов и нейтронов в данном образце обычного вещества должно остаться постоянным. Поэтому и не существует способов, с помощью которых можно извлечь в земных условиях, например, из грамма песка всю заключенную в нем энергию. А эта энергия превышает энергию, выделяемую при сгорании одного грамма угля, более чем в три миллиарда раз. Однако в случае тяжелых ядер, таких, как уран, может происходить перераспределение протонов и нейтронов, при котором масса покоя уменьшается примерно на 0,1 процента. Но даже и при столь небольшом "коэффициенте полезного действия" высвобождаемая ядерная энергия вещества во много раз превышает химическую.

В том, что атомная энергетика к концу столетия станет основным источником энергии, у большинства ученых не вызывает сомнений. По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЕ), уже сейчас в мире действуют 272 атомные электростанции, которые вырабатывают более 8 процентов всей производимой на нашей планете электроэнергии. К 1985 году более 400 атомных электростанций будут вырабатывать уже примерно 17 процентов электроэнергии. Но переход к атомной энергетике породит и немало проблем. Главная из них — захоронение отходов атомных электростанций (шлаков от распада урана, которые сильно радиоактивны). Период полураспада отходов около 300 лет, а современные контейнеры для их хранения обеспечивают герметичность в течение 75—100 лет. Но и такой срок не всегда обеспечивается: в печати сообщались случаи о нарушении герметичности американских контейнеров и, как следствие, повышении уровня радиации в некоторых местах захоронения в океане. При массовом использовании атомной энергии создается угроза радиоактивного заражения нашей планеты. Ситуация настолько серьезная, что разработаны проекты транспортировки ядерных отходов на космических кораблях в район Солнца. До 2000 года курс на Солнце возьмут более 300 таких кораблей. Широкое использование атомных электростанций приведет также к распространению плутонии — одного из компонентов ядерной реакции. Это затруднит контроль над распространением атомного оружия. Выдающийся советский физик, лауреат Нобелевской премии Петр Капица, много работавший над изучением физических процессов с большой плотностью энергии, настроен оптимистично: "Люди ищут и, несомненно, найдут пути преодоления возникающих трудностей. Думается, лучшим выходом из создавшегося положения следует считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер дейтерия и трития. Когда этот процесс удастся довести до стационарного состояния, то все перечисленные трудности, которые возникают при использовании урана, исчезнут, потому что термоядерный процесс нс даст в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не производит продуктов для бомб. И наконец, запас дейтерия в природе еще больше, чем запас урана. Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции далеко еще не преодолены.