Необычное поведение обычных станков, или как образуются галактики

В заключение два успокоительных и, возможно, разочарующих слова. Прежде всего за Землю можно не беспокоиться. В ее окрестностях сверхэнергичные протоны столь редки, что их столкновение — это из области неоправданной фантазии. А кроме того, гипотеза потому и называется гипотезой, а не теорией, что истинность гипотезы еще надо доказать. Кто знает, может, верны старые, а не новые теоретические выкладки. Может быть, вероятность столкновения двух сверхбыстрых протонов и вправду стремится к нулю, только эффект этот начинает сказываться куда при больших энергиях, чем те, которыми пользуются ученые.

Но если это так, стоило ли перед этим городить столь обширный огород? Стоило. Не только потому, что если природа вдруг открывает наблюдателю новую черточку своего характера, то об этом стоит узнать всем. Важнее другое. Мы проникли в микромир, мы проникли в космос. А земные представления там не годятся. Привычные качества вещей и явлений там оборачиваются совершенно неожиданной стороной. К этому надо привыкать, иначе мы ничего не поймем ни в космосе, ни в микромире.

Достаточно сильный удар стакана о стакан — и они превращаются в груду осколков. Рассуждение, как видите, самоочевидное, а потому малоинтересное. Разрешите, однако, не согласиться. Пусть зацепкой послужат слова «достаточно сильный удар...» Опираясь на это весьма туманное выражение, можно доказать, что при столкновении двух стаканов возникнет звезда. Или галактика, если угодно.

— Протестую! — восклицает здравый смысл.

— Мне морочат голову! — негодует наш жизненный опыт.

Согласен. Возмутительно! Опрокидываются все наши представления о вещах и явлениях. Долой мистификацию!

Но нахальный тезис о превращении двух стаканов в галактику и не думает испариться... Придется им заняться всерьез, призвав на помощь тень Эйнштейна.

Именно Эйнштейну принадлежит популярнейшая формула физики наших дней, которая звучит так: энергия равняется массе, умноженной на квадрат скорости света. Иначе говоря, чем больше сообщено телу энергии, тем выше его масса.

В обыденной жизни с действием этого закона мы никак не сталкиваемся. Конечно, масса летящего камня больше массы покоящегося, равно как и масса зажженной электрической лампочки выше массы лампочки потушенной. Но разница неуловимо теряется в обилии нулей после запятой, и никакими приборами ее не поймаешь. Точно так же, осушив кружку с водой, мы не подозреваем, что вместе с жидкостью приняли внутрь дозу золота — настолько его там мало. Лишь точнейший спектральный анализ разоблачит наше неведение.

Но изменим условия, и ранее скрытое действие закона заявит о себе громогласно. Для этого нам нужно придать телу скорость, близкую к скорости света (триста тысяч километров в секунду). При этом мы сообщим телу такое количество энергии, что прирост массы невозможно не заметить. Если мы будем и дальше упорствовать в стремлении достичь скорости света, то, согласно теории Эйнштейна, масса нашего тела будет стремиться к бесконечности. К бесконечности! Следовательно, она может стать сколь угодно великой. В этих условиях два столкнувшихся стакана способны, как видим, натворить во Вселенной немало шума.

Таков вывод теории. Ну, а поскольку никакому предмету мы еще не можем сообщить скорость даже в сотню километров в секунду,— прикажете верить теории на слово? Не обязательно. Природа любезно предоставила в наше распоряжение снаряды, полет которых дает возможность проверить теорию. Это ядерные микрочастицы — протоны, мчащиеся в наших ускорителях (в дубненском, например) со скоростями, уже соизмеримыми со скоростью света. Прирост их массы при разгоне по кольцу ускорителя настолько явствен, что инженеры принимали его в расчет, проектируя свою «атомную машину». Если бы они этого не сделали, машина попросту не смогла бы работать.

Значит, все ускоряя и ускоряя бег частиц, сообщая им все большую энергию, мы можем... Страшно подумать, что произойдет, если нам когда-нибудь удастся разогнать парочку крошечных (не то слово!) протонов до сверхскоростей и затем столкнуть их лбами!

Действительно, что произойдет?

— Ничего не произойдет,— отвечала нам теория еще несколько лет назад.

Да, в свое время физики рассчитали последствия такой встречи. И пришли к любопытному выводу: чем выше скорость (а следовательно, и энергия) протонов, тем меньше вероятность их столкновения. Сверхэнергичные протоны становятся «призраками». Они пролетают сквозь вещество, сквозь другие протоны, не замечая их!

Сложно объяснять, почему так получилось в расчетах физиков, но так получилось. Однако вскоре практика выразила свое несогласие с теорией. Расчеты утверждали, например, что при энергии протонов, равной 10 миллиардам электроновольт, вероятность их взаимодействия должна была решительным образом падать. А в опытах на дубненском синхрофазотроне она не падала!

Все это и позволило директору Объединенного института ядерных исследований члену-корреспонденту АН СССР Д. И. Блохинцеву высказать недавно гипотезу, вывод которой кажется еще более фантастичным, чем наш пример со стаканами.

Вот вкратце ход рассуждений. Если сталкиваются два протона с энергией свыше 100 миллионов электроновольт, то рождается третья частица — пи-мезон. При биллионах электроновольт сыплется уже целый ливень частиц — мезонов, нуклонов, антинуклонов. Буквально: чем дальше в лес, тем больше дров. И коль скоро удалось бы повысить энергию протонов еще во много десятков и сотен миллионов раз, коль скоро они не отказались бы при встрече сталкиваться, то на месте их столкновения должна была бы возникнуть галактика (даже галактики) со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Конечно, все это напоминает чудеса в решете. Две крошечные частицы, которых ни в какой микроскоп не разглядишь, вдруг образовывают миллионы звезд! Но мы должны вспомнить: масса сверхэнергичных протонов стремится к бесконечности... Этот вывод теории никто не опровергал и вряд ли кто-нибудь когда-нибудь опровергнет. Проверить опытом гипотезу рождения из микрочастиц галактик мы, понятно, не можем. Кроме того, не в наших силах пока даже отдаленно подойти к необходимым для этого энергиям.

Может быть, это под силу природе? Да, в космосе есть протоны требуемых энергий. Но их очень мало. Так мало, что легче встретиться двум мухам, летающим в разных концах земного шара, чем двум сверхэнергичным протонам.