Олег Страхов - Миллион световых лет

Головной боли физикам добавляли и белые пятна в космологии того времени. К примеру, расчеты показывали, что гравитация не способна удержать звезды в упорядоченных структурах галактик. Для поддержания самих галактик в стабильном состоянии нужно гораздо больше массы, чем наблюдалось. Физики не нашли ничего лучше, чем поставить на дырявой теории огромную заплатку и назвать ее темной материей. Согласно расчетам, во Вселенной должно было быть в пять раз больше темной материи, чем привычной нам – барионной. Что это за такая загадочная материя, которая никак себя не проявляет кроме, как гравитацией, но которой в пять раз больше, чем видимой материи? Этого никто не понимал. После открытия ускоряющегося расширения Вселенной головной боли у космологов стало еще больше. Невидимая и совершенно непонятная сила заставляет галактики разбегаться друг от друга с постоянно растущей скоростью. Силу, заставляющую вселенную расширяться, назвали темной энергией, о природе которой у физиков не было вообще никаких идей. Очевидно, наши представления об устройстве мира в то время были очень и очень неполными, и с точки зрения человека из 46 века, люди 21-го века мало чем отличались от своих средневековых предков.

Первый шаг к созданию Теории Всего сделала в 2095, сама того не подозревая, японский математик Оки Сатори. Она по необъяснимым причинам интересовалась геометрией многомерных пространств – сферой сугубо теоретической, пригодной разве что для тренировки мозга. По крайней мере, все так думали. Возможно, Оки фантазировала о многомерных мирах, и ей хотелось понять, какие законы физики действовали бы в 5- или 8-мерном мире. Мы знаем лишь то, что на факультативных занятиях для своих одаренных студентов она регулярно брала какой-либо физический закон, выраженный в уравнении, и вместе со студентами высчитывала, как он будет работать в многомерном мире. В один прекрасный день Оки взяла уравнения теории относительности и просчитала, как они изменились бы в 10-мерном мире. Полученные уравнения давали картину весьма странного мира, в котором гравитация оказывалась в пять раз сильнее, чем в привычном нам трехмерном мире, причем гравитационное искривление пространства становилось неоднородным на разных масштабах. Удивившись причудливости полученного мира, Оки, довольная собой, вскоре благополучно забыла об этом математическом эксперименте. Но через несколько месяцев она увидела публикацию своего приятеля Игоря, физика из Хабаровска, о новой интерпретации теории суперструн. Его версия не претендовала на звание Теории Всего, так как требовала аж 10 пространственных измерений. Оки позвонила приятелю, чтобы поиронизировать на тему своего недавнего интереса к 10-мерным мирам. Игорь хоть и счел это забавным (он считал себя единственным в мире чудаком, интересующимся многомерными мирами), но договорился с приятельницей ради интереса показать друг другу свои расчеты.

Математическая модель Оки, как оказалось, хорошо описала нашу Вселенную, и полученное уравнение не нуждалось в темной материи, чтобы заставить работать гравитацию. Если упростить, получилась следующая картина: теория относительности описывает гравитационное искривление трехмерного пространства. И работает безукоризненно на небольших с точки зрения астрономии масштабах. Но в масштабе галактик она требует добавления темной материи, чтобы всё работало. Уравнение Оки позволило выбросить из теории темную материю за ненадобностью, так как в десяти измерениях с ростом масштаба растет и количество дефектов пространства. То есть, на самых больших масштабах пространство искривляется намного сильнее и причудливее, чем в привычном нам трехмерном мире. Но мы уже знаем, что искривление пространства ощущается именно как гравитация. Также уравнение объяснило некоторые парадоксы теории относительности. Например, многие знают про гипотетические «червоточины» или «кротовые норы» – один из способов решения уравнений Эйнштейна. В десятимерной Вселенной кротовыми норами пронизано всё пространство-время, и они находятся в постоянном движении сквозь нее, оставаясь незамеченными для существ, ограниченных трехмерным мышлением. Такие микрочервоточины отлично объяснили эффект квантовой запутанности, который, казалось, нарушал следствия теории относительности. Из теории относительности следует, что ни материя, ни энергия, ни даже информация не могут двигаться быстрее скорости света, однако два спутанных между собой кванта могут мгновенно передавать друг другу информацию, даже находясь в световых годах друг от друга. Оказалось, что взаимодействие происходит через микрочервоточины квантовых размеров, структура которых пролегает за пределами привычных нам трех пространственных измерений.

Новая теория смогла одинаково хорошо объяснить не только квантовые эффекты, но и природу гравитации на всех масштабах. После публикации ее подхватили многие мировые физики. Теория в последующие годы доказала свою жизнеспособность, описав многие из неразрешимых ранее проблем. Но пройдет еще очень много лет прежде, чем люди научатся использовать новое знание для дальних космических путешествий…

Прошла сотня лет с начала строительства ИТЭР – Интернационального Термоядерного Экспериментального Реактора. Хотя человечество уже давно освоило расщепление атома урана, термоядерный синтез не поддавался укрощению долгие годы. В обычном ядерном реакторе атомы обогащенного урана обстреливаются нейтронами, из-за чего атом урана распадается на несколько более мелких атомов. Если сложить массы полученных атомов, их сумма будет меньше, чем масса исходного атома урана. Эта разница масс превращается в чистую энергию по знаменитой формуле E=mc 2, где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света. Ее можно использовать неконтролируемо, как это происходит в атомной бомбе. А можно – дозированно и предсказуемо – это используется в атомном реакторе.

Термоядерный же реактор, наоборот, объединяет легкие ядра в более тяжелые. Например, если объединить ядра дейтерия и трития (тяжелые изотопы водорода), то получится один атом гелия и свободный нейтрон. Масса исходных компонентов выше, чем масса результата синтеза, и точно так же разница масс здесь превращается в энергию. Собственно, этот процесс и происходит в недрах звезд, благодаря чему они выделяют энергию в виде излучения. По сравнению с классическими ядерными реакторами технология синтеза дает намного больше энергии и меньше проблем с ядерными отходами. Но технически ядерный синтез в несколько раз сложнее, чем расщепление атома.

Теоретически синтез мог стать неиссякаемым источником энергии, ведь водорода и гелия, нужных для реакции, во Вселенной больше, чем всех остальных элементов вместе взятых. Однако прежде, чем люди научились получать от ядерного синтеза больше энергии, чем на него затрачивалось, ушел не один десяток лет. Вначале запуск самого ИТЭР много раз откладывался вплоть до 2030 года. Следующие 30 лет ушли на преодоление технических сложностей проекта. Разработанная в итоге технология удержания сверхгорячей плазмы вихревым магнитным полем стала прорывом, который облегчил ученым дальнейший путь к термоядерному синтезу. В итоге в 2062 году на ИТЭР впервые выработали энергии больше, чем потратили на запуск реакции. К 2080-му в мире работало уже около пары десятков подобных чистых реакторов и прогресс на этом не остановился. Человечество задумалось над освоением Марса, где компактный термоядерный реактор весьма пригодился бы. К окончанию такого безумного 21 века рабочий реактор, достаточно компактный для доставки на орбиту, был готов.