Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Мелодия Солнца

Героем этой истории стал сэр Фред Хойл, одна из самых значительных фигур в астрофизике прошлого века.[43] Как мы уже говорили, это он придумал название «Большой Взрыв» (причём вовсе не вкладывая в это выражение положительного смысла). Хорошо известна роль Хойла как популяризатора науки и писателя-фантаста. Кроме того, он знаменит некоторыми «безумными» идеями о происхождении жизни и природе Вселенной. Но больше всего славы принесло ему то, что он разгадал секрет свечения звёзд.

На заре ядерной физики гипотеза резонансов возникла по необходимости, просто из факта нашего существования: это был первый пример применения так называемого антропного принципа. Например, мы знаем, что углерод существует – из него состоят люди и многое другое во Вселенной. Следовательно, должен существовать и какой-то путь образования углерода в недрах звёзд.

Основываясь на наших представлениях о свойствах атомных ядер, мы можем вычислить пути образования тяжёлых элементов в звёздах и ожидаемое обилие элементов во Вселенной. Когда учёные впервые попытались разработать эту теорию в начале 1950-х, стало очевидно: чтобы объяснить универсальное обилие углерода, должен существовать резонанс на некоторой соответствующей энергии, который и способствует его образованию.

Размышляя таким образом, в 1954 году Хойл предсказал существование нового энергетического уровня углерода, доказывая: чтобы прийти в результате к образованию устойчивого атома углерода, такой резонанс должен присутствовать для трёх ядер гелия. Экспериментаторы к тому времени уже нашли много резонансов углеродного ядра, и резонанс на конкретной энергии, предсказанный Хойлом, как раз отсутствовал. Но этот физик был не из тех, кто легко сдаётся: он настаивал на всё новых и новых экспериментах, и вскоре вывод был подтверждён.

Итак, у атомных ядер, как у наших теннисных мячиков, очень узкое окно возможностей для склеивания, и Солнце – малоэффективный инструмент превращения лёгких элементов в более тяжёлые. В некотором смысле это хорошо. Ведь именно ядерное горение лёгких элементов даёт солнечный свет, энергия которого питает жизнь на Земле. А трудность или низкая вероятность реакций образования тяжёлых элементов как раз позволяет нам наслаждаться этой жизнью. Проходи эти реакции легко, Солнце сожгло бы весь запас своего водородного горючего гораздо быстрее, и мы не получали бы того устойчивого потока энергии, которым материнское светило обеспечивает нашу планету сотни миллионов лет.

Мурашки бегут по коже, как подумаешь, что углерод в наших телах и кислород, которым мы дышим, образовались в недрах предшествовавших поколений звёзд за миллиарды лет до того, как родилось наше Солнце! Более тяжёлые элементы, такие, как золото, из которого сделаны наши украшения, образовались в ходе самых бурных и неистовых событий во Вселенной – в конце жизни звёзд.

Об этих катаклизмах мы вскоре поговорим. Но во всех этих случаях суть процесса была одна: заставить отталкивающиеся друг от друга ядра сблизиться настолько, чтобы у них появился шанс на квантовый туннельный переход через последний энергетический барьер, за которым их надёжно свяжет сильное взаимодействие.

Всё вокруг, от атомов, существование которых определяет материальный мир вокруг нас и наше собственное бытие, до солнечного света, который согревает нас в летний день, возможно благодаря квантам.