Учёные ЦЕРН нас всех убьют.
Ненагруженный мозг рядового обывателя склонен считать всё новое и не влезающее в рамки обычной бытовухи чем-то чрезвычайно чужим и опасным. Соответственно, чем меньше технология знакома массам, тем страшнее байки про неё сочиняют. Живой пример – совсем ещё недавние легенды о том, что излучение мобильного телефона чуть ли не прожаривает мозг. Тем не менее, теперь мобильники есть даже у сторонников этой теории, и ничего, живут, было бы что прожаривать.
Что может быть непонятнее для обывателя, чем физика, тем более физика элементарных частиц? Из школьной программы вроде помнят, что есть какие-то электроны, которые крутятся вокруг каких-то протонов, но всё же в их существовании сомневаются. Серьёзно, у меня есть такие знакомые. Один не верит в существование субатомных частиц, другой не может уместить в мозг понятие светового года.
Итак, самая модная ныне профанская страшилка – это строящийся в ЦЕРН (Европейский исследовательский центр физики элементарных частиц) большой адронный коллайдер (LHC, БАК). Его «опасность» раскручивается и в прессе, и в бредовом псевдодокументальном фильме BBC «Конец света» и даже в последнем сезоне фантастического сериала «LEXX». Дескать, а вдруг получим мы в нём чёрную дыру? Или, это, как его – странное вещество? Иль монополь – мы ж погибнем все, она ж нас засосёт в мгновение ока. А ещё хуже – килограмм антиматерии. Она как на пол упадёт, как аннигилирует!
Адронный коллайдер представляет собой гигантский ускоритель элементарных частиц. Смысл его работы в том, чтобы разогнать электромагнитными полями две частицы до субсветовых скоростей и столкнуть их между собой. От столкновения частицы разрушаются на ещё более мелкие, их энергии и следы регистрируются, на основании чего можно строить предположения о других их свойствах.
Технологически кольцевой коллайдер – это огромное, охлаждённое практически до абсолютного нуля кольцо из труб с откачанным воздухом. Уровень разряжения абсолютен, на протяжении всего многокилометрового пути протон не должен встретить ни одного атома, до самой цели.
В доступной форме великолепная красочная серия статей о строительстве коллайдера и его устройстве доступна на сайте журнала GEO. Там они в формате PDF, скачайте, не пожалеете.
Байка 1: они в нём сделают чёрную дыру, которая всех засосёт!
Чёрные дыры, вообще-то, бывают двух типов. Астрофизические – это остатки массивных звёзд, погибших вследствие коллапса и примордиальные, оставшиеся со времён Большого Взрыва. Примордиальные чёрные дыры имеют небольшую массу, около пятисот миллионов тонн, и размеры, значительно меньше размеров атомного ядра. Если первые способны поглощать звёзды — наблюдаем мы их за счёт взаимодействия с окружающим веществом, то вторые из-за малого радиуса поглощения, так называемого «горизонта событий» или «сферы Шварцшильда» с окружающей средой практически не взаимодействуют.
Большой Адронный Коллайдер теоретически может создать чёрную дыру путём столкновения двух частиц лоб-В-лоб на огромных скоростях, что может спровоцировать коллапс с образованием квантовой чёрной дыры. Спустя очень малый промежуток времени от потери массы при излучении Хоукинга дыра взорвётся, оставив в детекторе следы фейерверка частиц.
Дело в том, что в соответствии с работами того же Хоукинга, взрыв чёрной дыры наступает при потере массы до 1000 тонн, а квантовая дыра изначально образованная двумя протонами имеет максимальный энергетический эквивалент массы порядка 10 – 20 кг (E=mc**2).
Соответственно, все страшилки о том, что дыра «вывалится из коллайдера, докатится до центра земли и медленно её всосёт» просто смешны.
Более того, космическое излучение высокой энергии, состоящее из протонов или атомных ядер может порождать в атмосфере при столкновениях до ста квантовых чёрных дыр в год!
И что самое смешное, обыватель, услышав слово «чёрная дыра» и узнав только о существовании их астрофизических, уверовал в то, что два протона весят столько же, столько огромная звезда (150 солнечных масс вместе со всеми нашими планетами)! Даже фильм про это сняли. «Конец света» называется.
Если хотите узнать о чёрных дырах и вообще эволюции звёзд как таковых, рекомендую книгу Льва Мухина «Мир астрономии», где всё изложено в научно популярной форме и с иллюстрациями.
Байка 2: Странное вещество.
Когда массивная звезда умирает, в её центре в результате протекавших миллиарды лет реакций термоядерного синтеза образуется ядро из тяжёлых элементов. В какой-то момент ядро теряет стабильность и под действием напряжения гравитационного поля начинает быстро сжиматься – коллапсировать. Происходит взрыв – сброс внешних оболочек, что мы можем наблюдать как резкое увеличение светимости – сверхновую звезду.
В момент вспышки яркость такой звезды сравнима с яркостью галактики. Ну а ядро либо максимально сжимается образуя нейтронную звезду, либо продолжает коллапсировать уже до состояния «чёрной дыры». Нейтронная звезда, как не трудно догадаться, практически целиком состоит из нейтронов, с небольшой примесью протонов и электронов. Сами по себе нейтроны нестабильны, и в свободном состоянии распадаются за 15 минут, но при огромных давлениях даже во внешнем слое звезды они становится устойчивыми.
Давление во внутренних слоях настолько чудовищно, что вещество ядра по плотности на порядок превосходит плотность атомного ядра. По одной из гипотез, в таких условиях могут образовываться более тяжёлые частицы – гипероны, K-мезоны (каоны), по другой же – образовываться кварковое вещество. Адроны, в том числе и нуклоны (протон и нейтрон — частицы из которых состоят атомные ядра), в свою очередь состоят из кварков.
Обычно кварки по одиночке не существуют, а тройками входят в состав адронов. Так вот, при таких плотностях адроны прилегают друг к другу вплотную и могут обмениваться кварками! То бишь границы между частицами нарушаются, и в ядре образуется вещество, состоящее из свободных кварков! Почему странное? Потому что в ядре нейтронной звезды находятся и странные кварки (s-кварки) а странность – это квантовое число для описания короткоживущих частиц (аромат). Проявление чувства юмора учёных. Ароматов у кварка всего четыре: странность, очарование, прелесть и истинность.
Самое интересное может произойти дальше. История повторится, ядро нейтронной звезды коллапсирует и произойдёт сброс нейтронной оболочки – так называемая кварковая сверхновая! Астрономы Denis Leahy и Rachid Ouyed предполагают, что именно кварковую новую они и наблюдали в 2006 году. Эта сверхновая на два порядка превосходила по яркости все сверхновые, когда-либо наблюдавшиеся. Нейтронное вещество оболочек разогналось при взрыве до субсветовых скоростей, и, столкнувшись с ранее сброшенной оболочкой звёздного вещества, породило ярчайшее свечение.
Так в чём же видят опасность? Дескать, при огромных энергиях коллайдера кроме чёрной дыры может образоваться и странное вещество. А странное вещество, взаимодействуя с веществом окружающим тоже превратит его в странное, и таким образом кварковая капля поглотит всю планету.
По расчётам, кваркового вещества должно было остаться немало и в результате Большого Взрыва. Теоретически, осколки – страпельки (strangelets) должны летать в пространстве и до сих пор. Так почему же мы не наблюдаем превращения всего окружающего вещества в странное? Так вот, цепной реакции происходить не будет, ибо квантовая материя будет отталкивать обычную за счёт наличия поверхностного заряда. Чтобы создать подходящие условия и преодолеть отталкивание, необходимо увеличить плотность материи до плотности ядра нейтронной звезды, что сами понимаете, практически нереально – спрессовать миллиарды тонн вещества в объём кубического сантиметра мы не можем. А вот астрономы Вебер и Гледеннинг разработали модель «странных карликов». Это звёзды, содержащие кварковое вещество, но недостаточно плотные, чтобы образовать свободные кварки. А вот если туда залетит страпелька – там и начнётся цепная реакция, ибо условия подходящие.
Байка 3: Магнитный монополь или монополь Дирака.
Теоретически – монополь это частица, несущая положительный или отрицательный магнитный заряд. Его существование предсказано Дираком в 1931 году. До сих пор магнитные монополи не обнаружены, хотя должны были бы образовываться непрерывно, так как теоретически генерируются космичечским излучением высоких энергий. Либо он не существует, либо крайне редок.
В чём его опасность? Этот редкий монополь будет рыскать в пространстве, пока не встретится с монополем противоположного заряда.
Ну а сточки зрения современной электродинамики магнитных зарядов вообще не существует.
С той же вероятностью можно ожидать образования в коллайдере Ктулху, который начнёт поедать мозги населения планеты или лемовских вероятностных драконов.
Байка 4: антивещество
Байка – следствие романа Дэна Брауна «Ангелы и демоны», в котором сумасшедший кардинал, чтобы стать римским папой(!) удумал взорвать Ватикан(!!) колбой антивещества(!!!) похищенной из ЦЕРН(!!!). По ходу романа ещё выясняется, что центр ядерных исследований ещё и является изобретателем интернета, а так же страшной древней сектой. Как всегда, обыватель склонен сбрасывать всё непонятное в одну корзину, будь то точная наука, мистика, история.
Что такое антивещество? Это вещество с такими же свойствами, но состоящее из античастиц – двойников обычных элементарных частиц, но с прямо противоположными характеристиками (заряды, квантовые числа). Предсказаны они тем же Дираком, а в 1932 году и открыты экспериментально. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция с выбросом огромного количества энергии.
Так вот, антивещество было впервые синтезировано в ЦЕРН в 1965 году (ядро анти-дейтрона), позже, в 1995, там же синтезирован полноценный атом антиводорода, состоящий из антипротона и позитрона, ну а сейчас его уже наработано достаточное для изучения количество. Аннигиляция столь малых масс регистрируется как мелкая вспышка, а нарабатывать и хранить антивещество даже граммами – не хватит ресурсов у всей промышленности планеты. В природе античастицы рождаются при столкновении опять же высокоэнергетических космических лучей с атмосферой, в окрестностях пульсаров, при аккреции вещества на чёрные дыры.
Почему, кстати, мы не наблюдаем равномерного распределения вещества и антивещества во вселенной? По мнению Хоукинга, при Большом Взрыве их образовалось равное количество, и практически всё и вещество и антивещество аннигилировало. Остался небольшой полупроцентный излишек вещества, сохранившийся по воле случая, или вещества всё же было чуть больше изначально. Из него мы и состоим.
P.S. А в это время
Кстати, НЛП-шники сняли фильм, где свои НЛП-заскоки объясняют аж квантовой физикой. Разумеется, все посмотревшие сразу получили просветление, вдохновение и всё такое прочее. Восторги можно почитать здесь.
Лео Каганов написал матерную заметку о генетически модифицированной пище: «Так вот, товарищи: когда я вижу на упаковке продукта зеленую наклейку «Не содержит ГМО» — я НЕ ПОКУПАЮ этот товар. Потому что это полная катастрофа. Чем хуже человек изучал в школе биологию, тем больше маразма и истерики. Профессиональные генетики, биологи и пищевики почему-то спокойны.»