Книга От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной - Марио Ливио

Когда Хойл прочитал статью Солпитера, то первым делом страшно разозлился на самого себя за то, что выпустил из рук такие важные расчеты из-за недоразумения с аспирантом. Однако, пристально изучив весь комплекс ядерных реакций, Хойл оценил, что при условиях, которые предполагал Солпитер, весь углерод будет преобразовываться в кислород с той же скоростью, с какой он возникает, поскольку будет сливаться еще с одним ядром гелия. Вот как Хойл тридцать лет спустя описывал момент, когда ему в голову пришла эта важнейшая мысль: «“Бедняга Эд, не повезло”, – подумал я тогда [Эд Солпитер был на девять лет моложе Хойла][310]». Но было ли это приговором идее как таковой? Именно в таких ситуациях Хойл и проявлял свою невероятную интуицию в физике и ясность мысли. Начал он с очевидного: «Должен же 12C как-то синтезироваться!» Ведь углерод не просто сравнительно часто встречается во Вселенной, но и необходим для жизни. Мысленно оценив все возможные реакции, Хойл заключил: «Ничего лучше тройного альфа-процесса не придумать». Как же добиться, чтобы углерод не скатывался в кислород? По представлениям Хойла, этого можно было добиться только одним способом: «Тройной альфа-процесс должен идти гораздо быстрее, чем получается по расчетам[311] (выделено мной. – М. Л.)». То есть бериллий и гелий должны иметь возможность сливаться до того легко и проворно, что углерод успевает производиться быстрее, чем разрушается. Что же может так сильно подхлестнуть темп синтеза углерода? Физики-ядерщики знали лишь один такой фактор – «резонансное состояние» ядра углерода. Резонансные состояния – это те значения энергии, при которых вероятность реакции достигает максимума. Хойл обнаружил, что в тех случаях, когда количество энергии ядра углерода идеально соответствует энергетическому эквиваленту суммы масс ядра бериллия и альфа-частицы (плюс кинетическая энергия движения), темп слияния бериллия с альфа-частицей существенно возрастает. То есть вероятность, что нестабильное ядро бериллия захватит ядро гелия (альфа-частицу) и образуется углерод, сильно возрастает. Однако Хойл не просто продемонстрировал, что резонанс – это хорошо. Он вычислил, при какой именно энергии ядра углерода возникает нужный эффект. Физики-ядерщики измеряют энергию в ядре единицами под названием МэВ – мегаэлектронвольт. Хойл вычислил, что для производства углерода[312] в том количестве, в котором он встречается в космосе, нужно резонансное состояние 12C с энергией примерно на 7,68 МэВ больше основного состояния ядра углерода. Более того, опираясь на уже открытые свойства симметрии ядер 8Be и 4He, Хойл предсказал симметрию этого резонансного состояния (а точнее, квантово-механические свойства под названием спин и четность).

Все это, конечно, производит сильное впечатление, если не принимать в расчет одной «мелкой» проблемы: науке не было известно подобное состояние! Сама идея, что Хойл сделал невероятно точное предсказание в области ядерной физики, опираясь на данные общей астрофизики (более того, оно было гораздо точнее, чем можно было бы сделать, исходя из данных самой ядерной физики), казалась тогда сущей нелепицей, однако дерзости Хойлу было не занимать.

Был январь 1953 года, Хойл взял творческий отпуск на несколько месяцев и проводил его в Калифорнийском технологическом институте. Вооружившись предсказанием доселе неизвестного уровня энергии для ядра углерода, Хойл пошел прямиком в кабинет Вилли Фаулера в лаборатории Келлога, чтобы узнать, не может ли Фаулер и его группа проверить его предсказание экспериментально. Эта встреча вошла в легенды. Фаулер вспоминал: «Пришел какой-то смешной человечек, который считал, что мы должны бросить все важные дела и заняться этим его спрогнозированным состоянием – ну, мы его и отшили. Уходите, юноша, вы нам мешаете»[313].

Самому Хойлу эта встреча показалась несколько более многообещающей.

«К моему удивлению, когда я объяснил, в чем трудность, Вилли не стал смеяться. Не помню, сразу он созвал ребят из Келлога [в число которых, помимо прочих, входили Уорд Уэйлинг, Уильям Венцель, Ноэль Данбар, Чарльз Барнс и Ральф Пиксли], через несколько часов или через день-два… После чего все согласились, что нужно провести новый эксперимент[314].»

В 2001 году во время интервью ни Уорд Уэйлинг, ни Ноэль Данбар не могли припомнить подробностей этой встречи[315], однако Чарльз Барнс вспомнил, что в маленьком кабинете Вилли Фаулера было не протолкнуться и что «едва Фред изложил свои идеи, как на лицах слушателей явственно отразился скепсис. Даже Вилли был настроен скептически». Что именно произошло во время этой встречи, остается неясным, однако в результате «ребята из Келллога» и в самом деле решили провести эксперимент, а группу, располагавшую самыми хорошими средствами для его проведения, возглавил Уорд Уэйлинг.

Уэйлинг, Данбар и их коллеги[316] решили подойти к проблеме при помощи бомбардировки ядер азота (14N) дейтерием (2H). В результате этой ядерной реакции получаются ядра углерода (12C) и альфа-частицы (4He). Тщательно исследовав энергию испускаемых альфа-частиц (и помня о законе сохранения энергии), исследователи сумели, с одой стороны, зарегистрировать испускаемые частицы с высокой энергией (оставлявшие углерод в основном состоянии низкой энергии), а с другой – выявить частицы, испускаемые с низкой энергией, поскольку тогда некоторое количество энергии оставалось в ядрах углерода. Полученные результаты были совершенно недвусмысленны. Не прошло и двух не недель, как группа экспериментаторов обнаружила резонанс в углероде при 7,68 МэВ (плюс-минус 0,03 МэВ) – что поразительным образом совпадало с предсказаниями Хойла! Результаты были описаны в статье[317], занявшей чуть больше страницы, и начиналась она так: «Хойл объясняет первоначальное формирование элементов тяжелее гелия следующим процессом [слиянием бериллия с гелием]». А в заключение исследователи выражали благодарность Хойлу: «Мы обязаны профессору Хойлу тем, что он указал нам на большое значение подобного уровня энергии для астрофизики».