Сергей Язев - Лекции о Солнце

Результаты выглядели сенсационно. Получалось, что в недрах Солнца находятся элементы тяжелее урана, а значит, они, несомненно, радиоактивны! Казалось, что гипотеза Джинса блестяще подтверждалась.

К сожалению, эта версия вскоре рухнула. Вся теория Джинса строилась на формулах Крамерса, хотя никто не знал, насколько они точны для тяжелых элементов. Худшие предположения оправдались: выяснилось, что формулы верны только для легких водородоподобных элементов, а в случае более тяжелых они не работают, давая большие ошибки.

Кроме того, возникало сомнение и по другому поводу. В земной коре радиоактивных элементов мало. Сопоставление химического состава Солнца и земной коры показало, что если исключить самые легкие элементы (водород и гелий), то относительное количество других химических элементов оказывается сходным: чего больше на Земле, того больше и на Солнце. Это означало, что следует ожидать незначительного количества радиоактивных элементов и на Солнце. Но при этом выхода энергии за счет распада атомов радиоактивных элементов явно не хватает, чтобы обеспечить гигантскую светимость Солнца!..

Впрочем, сделаем оговорку. До сих пор неизвестно, сколько радиоактивных элементов находится не в коре, а в ядре Земли…

В первой половине ХХ века возникла еще одна гипотеза о возможных источниках энергии Солнца. Заметим, что все новые гипотезы немедленно возникали, как только делалось какое-либо новое физическое открытие: его немедленно пытались привязать к нашей звезде….

В 1928 году английский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года Поль Андриен Морис Дирак (1902–1984) открыл частицу, подобную электрону по массе, но с положительным электрическим зарядом ( позитрон ). Столкновение электрона и позитрона должно приводить к аннигиляции – полному превращению массы частиц в электромагнитное излучение. Стало ясно, что аннигиляция – это процесс, который может дать самый высокий выход энергии, который только можно вообразить: вся масса, согласно теории великого физика, еще одного нобелевского лауреата Альберта Эйнштейна (1879–1955), должна при этом превращаться в энергию излучения.

Американский астроном Генри Норрис Рассел (1877–1957) и английский астрофизик сэр Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944) практически одновременно начали рассматривать гипотезу об аннигиляции частиц и античастиц в недрах звезд и, в частности, Солнца. В. А. Бронштэн заметил, что ученых в шутку называли соответственно отцом и отчимом гипотезы: Рассел опубликовал свою работу ровно на девять месяцев раньше Эддингтона…

Строгая теория аннигиляционного механизма выделения энергии в недрах Солнца так и не была создана. Трудно было объяснить, почему, например, все частицы и античастицы не проаннигилировали мгновенно и разом, сорвав газовую оболочку Солнца в момент чудовищного взрыва.

Это была последняя из опровергнутых гипотез, появившихся до того, пока не был наконец найден механизм энерговыделения в недрах Солнца, который считается правильным вот уже много десятилетий. Новая парадигма – термоядерный синтез элементов в ядре Солнца, о чем подробнее будет сказано ниже, – подтверждается множеством разнообразных следствий, которые предсказываются этой теорией. Основы указанной теории были разработаны в 1938–1939 годах выдающимся немецким физиком Хансом Бете (1906–2005). Начиная с 1933 года он работал в Англии, затем в США. Бете получил за свои достижения Нобелевскую премию по физике 1967 года.

Суть теории термоядерного синтеза в общих чертах изложена в следующей лекции, здесь же можно (предварительно) сказать о том, что под воздействием очень высокой температуры и очень высокого давления в недрах Солнца водород превращается в гелий. При этом масса продукта реакций (гелия) оказывается несколько меньше массы водорода, участвующего в реакциях. Оказывается, что часть «исчезающей» массы превращается в легкие частицы, которые называются нейтрино, а также в электромагнитное излучение. Это излучение и обеспечивает светимость Солнца.

Некоторые проблемы возникали в связи с несоответствием между предсказанными теорией и измеренными на практике потоками нейтрино, истекающих из недр Солнца. На рубеже XX и XXI веков проблема была решена: выяснилось, что нейтрино обладают небольшой массой (ранее считалось, что эти частицы относятся к разряду безмассовых). Кроме того, стало ясно, что нейтрино бывают нескольких типов, которые могут превращаться друг в друга ( осциллировать ). Учет этого обстоятельства ликвидировал последнее противоречие между теорией и экспериментом и привел к окончательной и бесповоротной победе ныне существующей парадигмы – теории термоядерного синтеза в недрах Солнца.

Хотя во всех учебниках и энциклопедиях уже давно излагалась в качестве правильной именно эта теория, некоторые сомнения оставались (хотя большинство ученых считали, что последнее противоречие будет каким-то образом разрешено). Так бывает не всегда, но так случилось на этот раз. Впрочем, мало кто в этом сомневался: слишком много доводов было в пользу этой теории. Одним из доводов была практика: по сути, на основе теории, разработанной командой Бете, создано страшное оружие – термоядерное. Тот факт, что испытания термоядерной (водородной) бомбы были успешно осуществлены еще в середине ХХ века, говорит о том, что теория верна…

Итак, только к концу ХХ века основные положения современной теории, описывающей природу Солнца, утвердились в сознании научного сообщества окончательно. Мы увидели, насколько сложным и длинным был путь к этой теории, насколько много ошибок, неверных гипотез и опровергнутых фактами догадок были на этом пути.

Мы видим, что помимо обычно изучаемой в школе истории политики, власти, социальных процессов, революций и войн, а также помимо истории художественной культуры (появления новых книг, пьес, скульптур, архитектурных сооружений, музыкальных произведений и кумиров от культуры) есть еще одна история – это история добычи знаний, развития идей, поисков истины, зачастую трудных и мучительных. Это история долгого рутинного труда и мгновенных озарений, история открытий и разочарований.

Эта история известна не так широко, и для многих людей она просто не существует. Но это означает, что о ней нужно говорить и писать, поскольку история поисков истины об окружающем мире, с точки зрения автора этой книги – главная составляющая истории человечества.

Эта история, конечно же, не закончена и не закончится, пока существует homo sapiens – человек разумный. И, если учесть гигантскую роль дневного светила в нашей жизни, можно утверждать, что важная часть этой истории – это история поисков ответа на вопрос, что же такое Солнце.