Далекая Радуга
Jul. 5th, 2008 04:58 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
m61Эта небольшая научно-популярная статья была написана уже довольно давно. Но, в силу различных причин (в которых есть немалая доля и моей вины) публикация ее прочно, судя по всему, "зависла".
Что ж, хотя посвящена статья несколько более широкой теме, через несколько дней, всё же, ее актуальность сильно уменьшится. :) Так что я принял решение выложить ее здесь, у себя в ЖЖ. И, если словосочетание "Большой Адронный Коллайдер" еще не успело окончательно набить вам оскомину - добро пожаловать под кат.
P.S. Статья написана на очень-очень популярном уровне (по крайней мере, я старался :)). Так что, думаю, хоть немного разбирающимся людям читать ее будет не слишком интересно. Ну, а специалисты и вовсе могут подвергнуть меня остракизму. "И самому острейшему!" (с) :)
По сообщениям европейских ученых, в июне 2009 года Землю ждет столкновение с гигантским астероидом. Последствия обещают быть поистине катастрофическими...
Не правда ли, очень знакомые слова? Думаю, каждому из вас, читающих сейчас эти строки, хоть раз, да встречалось в газете, по телевизору, или в интернете это грозное сообщение. А вернее всего – что подобные сообщения успели вам порядочно надоесть. Ведь возникают они с дивной регулярностью, отличаясь разве что датами "неминуемого" катаклизма. Так же, как правило, имена "ученых" в сообщении не приводятся – не иначе, как из скромности.
Вам послышалась в моих словах ирония? Что ж, это действительно так. Но ирония эта направлена не на саму "астероидную угрозу", а, исключительно, – на использование ее в качестве поднятия рейтинга газеты или передачи. Ведь все мы знаем историю мальчика, который очень любил кричать "волки, волки!" и смотреть, как люди бросают все дела и бегут ему на выручку. Так повторилось не раз, и не два... Вот только когда волки действительно напали – уставшие люди мальчику просто не поверили.
Точно так же с астероидной угрозой – вероятность удара есть и в самом деле. И пусть вероятность эта не очень большая, последствия могут оказаться весьма и весьма тяжелыми. На этом сайте выложен калькулятор для расчета последствий столкновения, и желающие могут собственноручно проверить и убедиться, к чему может привести падение даже небольшого (по космическим меркам) астероида на Землю...
И хочется верить, что если такая угроза действительно над нами нависнет, то на нее не махнут рукой ("А, опять эти ученые со своими астероидами, надоели уже..."), а воспримут с должной серьезностью. Ведь отвести такой удар – уже в наших силах, к счастью. Мы имеем все возможности для того, чтобы не повторить судьбу вымерших (по некоторым предположениям – именно из-за удара крупного астероида) динозавров.
Другой популярной "страшилкой" является взрыв нашего Солнца, "неминуемо" обязанный произойти буквально через несколько лет. Но такие сообщения – и вовсе не имеют под собой никакого основания. А если бы имели – то на данном уровне развития науки и техники сделать тут ничего нельзя, к сожалению. И, если совсем честно, я не уверен, что стал бы сообщать всему миру про подобную грядущую катастрофу...
Итак, две вышеупомянутые "страшилки" или практически, или совсем не имеют под собой оснований – являясь при этом весьма популярными. Но ведь список потенциальных угроз отнюдь не исчерпывается падением астероида или взрывом Солнца! И парадокс заключается в том, что про эти угрозы широкая публика практически ничего не знает – а ведь по своей возможной опасности они как минимум не уступают общеизвестным.
Что же это за угрозы? Многие из читающих сейчас эти строки слышали, наверное, про ускорители элементарных частиц. Мощными электромагнитными полями заряженные частицы (например, электроны и протоны) разгоняются до громадных скоростей, близких к скорости света, после чего их сталкивают c мишенями или между собой. При этом выделяется большая энергия, что приводит к рождению новых частиц или даже созданию новых элементов таблицы Менделеева.
Я сказал – "большая энергия". Однако на самом деле энергия эта велика только по меркам мира элементарных частиц. Разумеется, находится внутри ускорителя во время его работы нельзя ни в коем случае, но для внешнего мира последствий от его работы быть не может.
Так, например, один из самых мощных современных ускорителей – LEP (Большой Электронно-Позитронный Коллайдер) представляет собой кольцо размером почти 27 километров и лежит на глубине около ста метров под территорией Франции и Швейцарии, частично – под столицей Швейцарии Женевой. Но никакого влияния на окружающую среду от его работы (и никаких протестов жителей Женевы) зафиксировано, конечно же, не было.
Так в чем же дело, спросите вы, почему тогда я вообще начал про это рассказывать? Все дело в том, что выделяющаяся в процессе работы ускорителя энергия (небольшая по меркам окружающего нас мира, как я уже сказал) – выделяется в очень и очень маленькой области.
Да, если столкнутся два шара в бильярде – энергия столкновения будет больше, чем при столкновении частиц в самом мощном современном ускорителе. Но в каждом бильярдном шаре частиц – многие и многие триллионы, так что на одну частицу энергия приходится совершенно ничтожная.
А вот в ускорителе – громадная.
Чтобы понять, почему это может быть опасно – возьмите лопату, и попробуйте воткнуть ее в землю черенком. Попробовали? Вероятнее всего, максимум, что получилось у вас добиться, несмотря на все усилия, – так это чуть землю уплотнить, вот и всё, не правда ли?
А если ткнуть с той же силой, но лезвием?..
Точно так же и с энергией – сосредоточив ее в очень маленьком объеме, мы можем вызвать к жизни нечто совсем новое, доселе невиданное. Более того, возникшее "нечто" может оказаться "затравкой" к дальнейшим совсем уж неприятным последствиям. Так же, как спичка поджигает огромный пороховой склад, так же, как маленький разрез на натянутой ткани рвет ее пополам, так же, как камешек вызывает сход лавины...
Какие же это могут быть последствия? Одним из возможных вариантов является рождение крошечной черной дыры. Но, несмотря на свою крошечность, как и всякая черная дыра, она тоже способна к неограниченному поглощению окружающего вещества – и к неограниченному же росту.
Несмотря на то, что данный сценарий тоже начал стремительно набирать популярность в средствах массовой информации (были созданы даже устрашающие ролики, живописующие процесс "пожирания" Земли возникшей черной дырой), у ученых он ни малейшего опасения не вызывает – скорее напротив, рождение черной дыры в эксперименте является весьма желанным событием.
Все дело в том, что даже если бы черная дыра только поглощала вещество – для черной дыры столь малой массы время поглощения Земли существенно превышало бы время жизни Вселенной в целом. Но черные дыры, как оказалось, могут не только поглощать, но и излучать – причем чем меньше черная дыра, тем сильнее.
Так что возникшая в ускорителе черная дыра практически мгновенно испарится, вот и всё.
Еще одним вариантом "сюрприза из ускорителя" является возможное образование так называемой "странной" материи. Что это такое – объяснить в двух словах можно примерно так. Как известно, всё вещество состоит из атомов. Когда-то считалось, что атом – и есть мельчайшая неделимая частица материи. Но потом стало ясно, что сам атом, в свою очередь, состоит из элементарных частиц – протонов, нейтронов и электронов. Однако этим дело не ограничилось, и теперь считается и сами элементарные частицы (по крайней мере, некоторые из них) тоже состоят из более мелких частей – кварков.
Так вот, в странной материи одни ("обычные") кварки заменены на другие, носящие название "странных". Несмотря на характерное название (свойства получившейся материи действительно весьма необычны и разнообразны), название "странных" такие кварки носят вовсе не поэтому. На самом деле, название в свое время было выбрано из вполне произвольных соображений. Более того, еще есть "верхние" и "нижние", "истинные" и "красивые", даже "очарованные" кварки.
Но из всех необычных свойств новой материи значение для нашего рассказа имеет ее способность "превращать" в такую же "странную" материю всё, что с ней соприкоснется. И так, одно за другим, вся наша Земля...
К счастью, учеными было придумано много возражений и против такого сценария. Хотя изложить на доступном уровне большинство из них не представляется возможным, про самое сильное, неожиданное и, как ни удивительно, наиболее наглядное возражение я расскажу.
Но – сначала рассмотрим третью, самую грозную катастрофическую возможность.
Заключается она вот в чем. Хотя распространенным мнением о вакууме является то, что он представляет собой абсолютную пустоту, на самом это совсем не так. Вакуум – минимальное из возможных (но отнюдь не нулевое!) состояние всех физических полей. Океан "спящей" энергии. И потому возможно, например, подействовав на вакуум мощным лазерным лучом – "выбить" из "пустоты" вполне реальные элементарные частицы. И это возможно не только в теории, такие опыты и в самом деле неоднократно проделывались.
А вот что пока возможно, к счастью, лишь чисто теоретически – это запустить процесс структурной перестройки вакуума. То есть осуществить переход его из одного состояния в другое, с иным уровнем энергии. Причем однажды запущенная, "волна" перестройки будет распространяться от места запуска со скоростью света – и привычный нам мир исчезнет.
Весь мир.
Ведь катастрофа затронет не только нашу Землю. Примерно через секунду "захлестнет" Луну, через восемь минут – Солнце, через несколько лет – ближайшие звезды, потом всю нашу Галактику, и волна покатится дальше, дальше, дальше...
К счастью, в рамках общепринятой теории все три вышеизложенных сценария невозможны. И все существующие, и проектируемые, и даже задумываемые в весьма отдаленной перспективе ускорители безнадежно далеки от достижения условий, необходимых для возникновения подобных последствий.
Но ключевое слово тут – "общепринятая". Общепринятая на текущий момент времени. Однако наука не стоит на месте и постоянно появляются все новые и новые теории. Большинство из них, конечно, быстро сталкиваются с проблемами и исчезают – но есть и такие, которые продолжают существовать параллельно общепринятым. Продолжают, потому что различия между теориями проявляются еще в неизученных диапазонах расстояний и энергий, и пока невозможно сказать, какая же из теорий верна на самом деле.
Среди этих теорий есть, например, и такие, в которых наш мир имеет не три пространственных измерения (длина, ширина и высота), а четыре и больше (почему же, в таком случае, мы эти "дополнительные" измерения не видим – тема отдельного и очень интересного разговора). И, как оказывается, в рамках таких теорий для возникновения вышеописанных катастрофических последствий требуется гораздо меньшая энергия, чем в общепринятой.
Настолько меньшая, что возникли определенные опасения в связи со скорым вводом в строй LHC (Большого Адронного Коллайдера). Он должен прийти на смену вышеописанному Большому Электронно-Позитронному Коллайдеру, и монтируется в том же самом 27-километровом туннеле под Женевой.
И вот теперь настало время для обещанного простого, но наглядного возражения. Свое слово сказала астрофизика.
Известно, что нашу Землю непрерывно "бомбардирует" поток так называемых "космических лучей" – частиц, родившихся в глубине космоса, при вспышках сверхновых, слиянии нейтронных звезд, в активных ядрах галактик, в других загадочных и грозных процессах. Эти космические лучи обладают очень большой энергией – сильно превосходящей всё то, что возможно достичь в земных ускорителях на сегодняшний момент времени.
И потому, если эти катастрофические возможности действительно могли бы произойти на данном уровне энергии – они уже давным-давно произошли бы.
Всё? Опасность миновала? Что ж, на ближайшее будущее – да, Большой Андронный Коллайдер можно запускать смело.
Но возможность катастрофы не отменена, лишь отложена. Развитие технологий остановить нельзя – то, что не решится сделать одна страна, вполне может сделать другая. И вовсе не обязательно – в мирных целях.
Рано или поздно мы опять подойдем к критическому уровню энергии, и безопасно перешагнуть его, нащупать мостики над бездной, может помочь только наука. Как помогла в этот раз совсем вроде бы далекая от повседневной жизни астрофизика.
И случившееся на планете Далекая Радуга навсегда останется лишь красивой и страшной сказкой...
Справа от них была черная, почти до зенита, стена, и слева была черная, почти до зенита, стена, и оставалась только узкая темно-синяя прорезь неба, да красное солнце, да дорожка расплавленного золота, по которой они плыли...
Аркадий и Борис Стругацкие, "Далекая Радуга"
Что ж, хотя посвящена статья несколько более широкой теме, через несколько дней, всё же, ее актуальность сильно уменьшится. :) Так что я принял решение выложить ее здесь, у себя в ЖЖ. И, если словосочетание "Большой Адронный Коллайдер" еще не успело окончательно набить вам оскомину - добро пожаловать под кат.
P.S. Статья написана на очень-очень популярном уровне (по крайней мере, я старался :)). Так что, думаю, хоть немного разбирающимся людям читать ее будет не слишком интересно. Ну, а специалисты и вовсе могут подвергнуть меня остракизму. "И самому острейшему!" (с) :)
По сообщениям европейских ученых, в июне 2009 года Землю ждет столкновение с гигантским астероидом. Последствия обещают быть поистине катастрофическими...
Не правда ли, очень знакомые слова? Думаю, каждому из вас, читающих сейчас эти строки, хоть раз, да встречалось в газете, по телевизору, или в интернете это грозное сообщение. А вернее всего – что подобные сообщения успели вам порядочно надоесть. Ведь возникают они с дивной регулярностью, отличаясь разве что датами "неминуемого" катаклизма. Так же, как правило, имена "ученых" в сообщении не приводятся – не иначе, как из скромности.
Вам послышалась в моих словах ирония? Что ж, это действительно так. Но ирония эта направлена не на саму "астероидную угрозу", а, исключительно, – на использование ее в качестве поднятия рейтинга газеты или передачи. Ведь все мы знаем историю мальчика, который очень любил кричать "волки, волки!" и смотреть, как люди бросают все дела и бегут ему на выручку. Так повторилось не раз, и не два... Вот только когда волки действительно напали – уставшие люди мальчику просто не поверили.
Точно так же с астероидной угрозой – вероятность удара есть и в самом деле. И пусть вероятность эта не очень большая, последствия могут оказаться весьма и весьма тяжелыми. На этом сайте выложен калькулятор для расчета последствий столкновения, и желающие могут собственноручно проверить и убедиться, к чему может привести падение даже небольшого (по космическим меркам) астероида на Землю...
И хочется верить, что если такая угроза действительно над нами нависнет, то на нее не махнут рукой ("А, опять эти ученые со своими астероидами, надоели уже..."), а воспримут с должной серьезностью. Ведь отвести такой удар – уже в наших силах, к счастью. Мы имеем все возможности для того, чтобы не повторить судьбу вымерших (по некоторым предположениям – именно из-за удара крупного астероида) динозавров.
Другой популярной "страшилкой" является взрыв нашего Солнца, "неминуемо" обязанный произойти буквально через несколько лет. Но такие сообщения – и вовсе не имеют под собой никакого основания. А если бы имели – то на данном уровне развития науки и техники сделать тут ничего нельзя, к сожалению. И, если совсем честно, я не уверен, что стал бы сообщать всему миру про подобную грядущую катастрофу...
Итак, две вышеупомянутые "страшилки" или практически, или совсем не имеют под собой оснований – являясь при этом весьма популярными. Но ведь список потенциальных угроз отнюдь не исчерпывается падением астероида или взрывом Солнца! И парадокс заключается в том, что про эти угрозы широкая публика практически ничего не знает – а ведь по своей возможной опасности они как минимум не уступают общеизвестным.
Что же это за угрозы? Многие из читающих сейчас эти строки слышали, наверное, про ускорители элементарных частиц. Мощными электромагнитными полями заряженные частицы (например, электроны и протоны) разгоняются до громадных скоростей, близких к скорости света, после чего их сталкивают c мишенями или между собой. При этом выделяется большая энергия, что приводит к рождению новых частиц или даже созданию новых элементов таблицы Менделеева.
Я сказал – "большая энергия". Однако на самом деле энергия эта велика только по меркам мира элементарных частиц. Разумеется, находится внутри ускорителя во время его работы нельзя ни в коем случае, но для внешнего мира последствий от его работы быть не может.
Так, например, один из самых мощных современных ускорителей – LEP (Большой Электронно-Позитронный Коллайдер) представляет собой кольцо размером почти 27 километров и лежит на глубине около ста метров под территорией Франции и Швейцарии, частично – под столицей Швейцарии Женевой. Но никакого влияния на окружающую среду от его работы (и никаких протестов жителей Женевы) зафиксировано, конечно же, не было.
Так в чем же дело, спросите вы, почему тогда я вообще начал про это рассказывать? Все дело в том, что выделяющаяся в процессе работы ускорителя энергия (небольшая по меркам окружающего нас мира, как я уже сказал) – выделяется в очень и очень маленькой области.
Да, если столкнутся два шара в бильярде – энергия столкновения будет больше, чем при столкновении частиц в самом мощном современном ускорителе. Но в каждом бильярдном шаре частиц – многие и многие триллионы, так что на одну частицу энергия приходится совершенно ничтожная.
А вот в ускорителе – громадная.
Чтобы понять, почему это может быть опасно – возьмите лопату, и попробуйте воткнуть ее в землю черенком. Попробовали? Вероятнее всего, максимум, что получилось у вас добиться, несмотря на все усилия, – так это чуть землю уплотнить, вот и всё, не правда ли?
А если ткнуть с той же силой, но лезвием?..
Точно так же и с энергией – сосредоточив ее в очень маленьком объеме, мы можем вызвать к жизни нечто совсем новое, доселе невиданное. Более того, возникшее "нечто" может оказаться "затравкой" к дальнейшим совсем уж неприятным последствиям. Так же, как спичка поджигает огромный пороховой склад, так же, как маленький разрез на натянутой ткани рвет ее пополам, так же, как камешек вызывает сход лавины...
Какие же это могут быть последствия? Одним из возможных вариантов является рождение крошечной черной дыры. Но, несмотря на свою крошечность, как и всякая черная дыра, она тоже способна к неограниченному поглощению окружающего вещества – и к неограниченному же росту.
Несмотря на то, что данный сценарий тоже начал стремительно набирать популярность в средствах массовой информации (были созданы даже устрашающие ролики, живописующие процесс "пожирания" Земли возникшей черной дырой), у ученых он ни малейшего опасения не вызывает – скорее напротив, рождение черной дыры в эксперименте является весьма желанным событием.
Все дело в том, что даже если бы черная дыра только поглощала вещество – для черной дыры столь малой массы время поглощения Земли существенно превышало бы время жизни Вселенной в целом. Но черные дыры, как оказалось, могут не только поглощать, но и излучать – причем чем меньше черная дыра, тем сильнее.
Так что возникшая в ускорителе черная дыра практически мгновенно испарится, вот и всё.
Еще одним вариантом "сюрприза из ускорителя" является возможное образование так называемой "странной" материи. Что это такое – объяснить в двух словах можно примерно так. Как известно, всё вещество состоит из атомов. Когда-то считалось, что атом – и есть мельчайшая неделимая частица материи. Но потом стало ясно, что сам атом, в свою очередь, состоит из элементарных частиц – протонов, нейтронов и электронов. Однако этим дело не ограничилось, и теперь считается и сами элементарные частицы (по крайней мере, некоторые из них) тоже состоят из более мелких частей – кварков.
Так вот, в странной материи одни ("обычные") кварки заменены на другие, носящие название "странных". Несмотря на характерное название (свойства получившейся материи действительно весьма необычны и разнообразны), название "странных" такие кварки носят вовсе не поэтому. На самом деле, название в свое время было выбрано из вполне произвольных соображений. Более того, еще есть "верхние" и "нижние", "истинные" и "красивые", даже "очарованные" кварки.
Но из всех необычных свойств новой материи значение для нашего рассказа имеет ее способность "превращать" в такую же "странную" материю всё, что с ней соприкоснется. И так, одно за другим, вся наша Земля...
К счастью, учеными было придумано много возражений и против такого сценария. Хотя изложить на доступном уровне большинство из них не представляется возможным, про самое сильное, неожиданное и, как ни удивительно, наиболее наглядное возражение я расскажу.
Но – сначала рассмотрим третью, самую грозную катастрофическую возможность.
Заключается она вот в чем. Хотя распространенным мнением о вакууме является то, что он представляет собой абсолютную пустоту, на самом это совсем не так. Вакуум – минимальное из возможных (но отнюдь не нулевое!) состояние всех физических полей. Океан "спящей" энергии. И потому возможно, например, подействовав на вакуум мощным лазерным лучом – "выбить" из "пустоты" вполне реальные элементарные частицы. И это возможно не только в теории, такие опыты и в самом деле неоднократно проделывались.
А вот что пока возможно, к счастью, лишь чисто теоретически – это запустить процесс структурной перестройки вакуума. То есть осуществить переход его из одного состояния в другое, с иным уровнем энергии. Причем однажды запущенная, "волна" перестройки будет распространяться от места запуска со скоростью света – и привычный нам мир исчезнет.
Весь мир.
Ведь катастрофа затронет не только нашу Землю. Примерно через секунду "захлестнет" Луну, через восемь минут – Солнце, через несколько лет – ближайшие звезды, потом всю нашу Галактику, и волна покатится дальше, дальше, дальше...
К счастью, в рамках общепринятой теории все три вышеизложенных сценария невозможны. И все существующие, и проектируемые, и даже задумываемые в весьма отдаленной перспективе ускорители безнадежно далеки от достижения условий, необходимых для возникновения подобных последствий.
Но ключевое слово тут – "общепринятая". Общепринятая на текущий момент времени. Однако наука не стоит на месте и постоянно появляются все новые и новые теории. Большинство из них, конечно, быстро сталкиваются с проблемами и исчезают – но есть и такие, которые продолжают существовать параллельно общепринятым. Продолжают, потому что различия между теориями проявляются еще в неизученных диапазонах расстояний и энергий, и пока невозможно сказать, какая же из теорий верна на самом деле.
Среди этих теорий есть, например, и такие, в которых наш мир имеет не три пространственных измерения (длина, ширина и высота), а четыре и больше (почему же, в таком случае, мы эти "дополнительные" измерения не видим – тема отдельного и очень интересного разговора). И, как оказывается, в рамках таких теорий для возникновения вышеописанных катастрофических последствий требуется гораздо меньшая энергия, чем в общепринятой.
Настолько меньшая, что возникли определенные опасения в связи со скорым вводом в строй LHC (Большого Адронного Коллайдера). Он должен прийти на смену вышеописанному Большому Электронно-Позитронному Коллайдеру, и монтируется в том же самом 27-километровом туннеле под Женевой.
И вот теперь настало время для обещанного простого, но наглядного возражения. Свое слово сказала астрофизика.
Известно, что нашу Землю непрерывно "бомбардирует" поток так называемых "космических лучей" – частиц, родившихся в глубине космоса, при вспышках сверхновых, слиянии нейтронных звезд, в активных ядрах галактик, в других загадочных и грозных процессах. Эти космические лучи обладают очень большой энергией – сильно превосходящей всё то, что возможно достичь в земных ускорителях на сегодняшний момент времени.
И потому, если эти катастрофические возможности действительно могли бы произойти на данном уровне энергии – они уже давным-давно произошли бы.
Всё? Опасность миновала? Что ж, на ближайшее будущее – да, Большой Андронный Коллайдер можно запускать смело.
Но возможность катастрофы не отменена, лишь отложена. Развитие технологий остановить нельзя – то, что не решится сделать одна страна, вполне может сделать другая. И вовсе не обязательно – в мирных целях.
Рано или поздно мы опять подойдем к критическому уровню энергии, и безопасно перешагнуть его, нащупать мостики над бездной, может помочь только наука. Как помогла в этот раз совсем вроде бы далекая от повседневной жизни астрофизика.
И случившееся на планете Далекая Радуга навсегда останется лишь красивой и страшной сказкой...
Справа от них была черная, почти до зенита, стена, и слева была черная, почти до зенита, стена, и оставалась только узкая темно-синяя прорезь неба, да красное солнце, да дорожка расплавленного золота, по которой они плыли...
Аркадий и Борис Стругацкие, "Далекая Радуга"
