PRO Антиматерию

Первоначальным объяснением было падение метеорита большой массы, скорее всего железного, потом стали высказываться предположения о рое метеоритов, или метеоритном потоке, и каменном астероиде. Но эту версию вскоре начали ставить под сомнение, поскольку, как говорилось выше, осколков найдено не было, и метеориты заранее не предупреждают о намерении упасть на Землю, а яркие сумерки и серебристые облака помнила масса людей. Также высказывалась версия о столкновении Земли с облаком космической пыли.

Следующей версией была комета. Такое предположение высказали почти одновременно английский астроном и геофизик Фрэнсис Джон Уиппл (1876–1943) и русский естествоиспытатель, основоположник комплекса наук о Земле (геохимии, биогеохимии, радиологии, гидрогеологии) Владимир Вернадский (1863–1945). Это объяснение приняли многие астрономы по всему миру и большинство русских специалистов. Противники теории говорили: кометное вещество представляет собой очень неплотную структуру, состоящую преимущественно изо льда, и должно было практически полностью рассыпаться и сгореть при входе в атмосферу.

Соответственно, никакого взрыва на Земле или недалеко от поверхности Земли быть не могло. Сторонники же говорили, что комета состояла из льда, снега и грязи – именно поэтому до сих пор не найдено ни одного фрагмента «метеорита». Это была огромная снежная глыба – весом в миллионы тонн – которая на страшной скорости влетела в атмосферу. Она сумела войти, но долететь до самой поверхности Земли не смогла. Эта глыба разогрелась до нескольких тысяч градусов и взорвалась на высоте 5–7 километров. В дальнейшем были названы несколько комет, которые могли врезаться в Землю, например, говорилось об осколке кометы Галлея или кометы Энке – Баклунда. В пользу «кометной» гипотезы свидетельствует наблюдавшееся свечение неба. Комета, в отличие от метеорита, может «оповещать» о своем приближении. И те облака, и зарево, о которых говорили очевидцы, как раз типичны для комет. Сторонниками версии кометы Энке, в частности, были сотрудник Комитета по метеоритам Академии наук СССР Игорь Зоткин и чешский астроном Любор Кресак.

Те, кого не удовлетворяли гипотезы о естественных причинах феномена, стали высказывать предположения о его искусственном происхождении. Например, многие свидетели решили, что в возобновившейся войне японцы применили какое-то небывалое оружие, разработанное в секретных лабораториях. Правда, никто из сторонников этой версии не мог внятно объяснить, почему японцы ударили по безлюдной тайге.

После первых испытаний ядерного оружия появилась гипотеза о том, что русские в своих секретных лабораториях разработали атомную бомбу еще в начале ХХ века и провели первое испытание в тайге, вдали от всякого жилья. Бомбу к месту взрыва якобы доставили на дирижабле. Наверное, случись подобное в наши дни на том же месте, рукотворный ядерный взрыв стал бы версией номер один, но в 1908 году ядерной физики как науки еще не существовало.

Россияне доказывали, что лес в тайге повален не баллистической ударной волной, связанной с движением некоего тела в атмосфере, а именно взрывом. Об этом говорил основоположник советской уфологии Алексей Золотов. После окончания Второй мировой войны русский писатель-фантаст Александр Казанцев высказал предположение, что в районе Подкаменной Тунгуски потерпел крушение инопланетный корабль. Эта версия стала очень популярной, ее подхватили писатели-фантасты, а также средства массовой информации, вещающие об НЛО и космических пришельцах, об этой версии не забывают до сих пор. Также было высказано предположение о лазерном сигнале инопланетян, отправленном на Землю, указывался даже «адрес отправителя». Говорилось и о рукотворной катастрофе, устроенной пришельцами, и о засылке на Землю «информационных контейнеров», которые земляне еще не могут расшифровать, но когда земная цивилизация достигнет должного уровня развития, содержимое «контейнеров» станет доступно человечеству.

Версию об антиматерии (то есть о том, что «Тунгусский метеорит» состоял из антиматерии) первым высказал американский ученый Линкольн Ла-Пас в 1948 году, а в 1965 году подробно разработал американский физик и химик Уиллард Фрэнк Либби (1908–1980), который создал метод радиоуглеродного датирования и был удостоен Нобелевской премии в 1960 году. Он считал, что большой сгусток антиматерии, которой являлся «Тунгусский метеорит», по непонятным причинам прилетел из космоса, соприкоснулся с материей земной атмосферы, в результате чего произошла аннигиляция (то есть материя и антиматерия, соединившись вместе, превратились в энергию, не оставив никаких осколков и вообще никаких следов – даже ядер атомов).

Версию об антиматерии поддержал российский ученый Борис Константинов (1910–1969), физик и вице-президент Академии Наук СССР, который руководил в СССР работами по промышленному разделению изотопов и по диагностике плазмы. Константинов заявил о том, что из антивещества может состоять комета. То есть в его версии соединились две: антиматерия прилетела на Землю как комета.

Также высказывались мнения о тепловом взрыве – Тунгусский взрыв объяснялся переходом кинетической энергии в тепловую при торможении какого-то космического тела в атмосфере. Версия теплового взрыва имеет и забавную вариацию. Вероятно, автора версии доконали таежные москиты, и он заявил, что в эпицентре взрыва собралось гигантское количество комаров, произошло их самовозгорание (причина самовозгорания не называлась), в результате произошел мощный тепловой взрыв, который и привел к известным последствиям. А еще Тунгусский метеорит называли разновидностью шаровой молнии.

С 1962 года Академия наук СССР прекратила финансировать экспедиции к месту падения метеорита (большинство советских ученых придерживалось «кометной» версии). Что ж, людям повезло: что бы это ни было, оно взорвалось над безлюдной тайгой. Еще четыре часа – и «метеорит» стал бы называться Петербургским. Российскую столицу смело бы с лица Земли.

Но каким образом антиматерия прилетела на Землю (если мы примем версию, что «Тунгусский метеорит» – это столкновение антиматерии с материей)? Это был просто кусок незнамо чего, который прошел все слои атмосферы и упал в тайге? Учтите, что взрыв одной миллионной грамма антиматерии соответствует взрыву 38 кг тротила. То есть прилетело очень небольшое количество (это для людей взрыв был ужасающим, а с точки зрения возможностей антиматерии он был очень слабым). Вариантов прибытия к нам незваной гостьи два: комета и корабль пришельцев.

Корабль пришельцев не является такой уж фантастической версией, хотя в свое время ученые посмеивались над писателями-фантастами. На корабле могла произойти утечка топлива, и топливом могла быть только антиматерия (современные ученые подсчитали, что всего 17 г антиматерии достаточно, чтобы корабль с Земли долетел до звезды Альфа Центавра, то есть преодолел расстояние в 4,3 световых года, или в почти триста тысяч раз больше, чем от Земли до Солнца). Давайте допустим, что наши братья по разуму имеют гораздо более совершенную технику и технологии, чем мы. При контакте антиматерии с материей уничтожаются и та, и другая – происходит взрыв и высвобождение энергии. Поскольку уничтожение полное, от корабля пришельцев и самих пришельцев ничего не осталось. Эту версию в последние годы рассматривают серьезные ученые, в частности ее изучали представители НАСА (Национальное Управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США).

Но инопланетный корабль не объясняет странные природные явления, которые происходили до падения «метеорита». Хотя наши братья по разуму могли таким образом подавать нам сигналы. Или это просто совпадение.

Другая версия – антиматерия прилетела на Землю в составе кометы, о чем говорил русский ученый Константинов, как мы упоминали выше. Кометы, возможно, являются самыми старыми обитателями Солнечной системы. Земля и другие планеты путешествуют вокруг Солнца по своим орбитам, отделенным друг от друга огромными расстояниями. Они идут этими совершенно определенными путями, на одной скорости, но время от времени сталкиваются с кометами, кусками мертвых комет и астероидов, и еще каким-то космическим мусором. Кометы состоят из замерзших газов, частиц пыли или песка, снега, льда. Единого состава у комет нет.

Персеиды – это метеорный поток, который наблюдается с 17 июля по 24 августа, максимум приходится на 12 августа. В этот период Земля проходит через шлейф пылевых частиц, выпущенных кометой Свифта – Туттля. Интенсивность метеорного потока постепенно растет, достигает пика и постепенно падает. Число метеоров обычно достигает 60 в час

Кометами называют тела Солнечной системы, которые движутся по сильно вытянутым орбитам и выглядят как слабо светящиеся пятнышки овальной формы, состоят они из головы и хвоста. Куски мертвых комет, как и куски астероидов, не имеют определенной орбиты. Считается, что большинство комет большую часть жизни проводят в пространстве за Плутоном, в той части космоса, где мы их не видим и не догадываемся об их существовании. Если комета устремляется к Солнцу, то его жар растапливает лед. Выбрасываемые в космос газы и пыль отражают солнечный свет, и именно это мы видим в телескопы, а иногда и невооруженным глазом. Но в комете также могут содержаться породы, достигающие полутора километров в диаметре.

Мы обязаны кометам в частности метеорными потоками. Фрагменты комет формируют кольца из пород, большая часть которых находится между Марсом и Юпитером, но далеко не все. Некоторые протянулись вокруг Солнца, постоянно находятся там, и Земле приходится проходить сквозь них во время своего годового пути по орбите. Эти куски космического мусора сгорают в нашей атмосфере – тогда и наблюдается метеорный поток, или звездный дождь. Мы наблюдаем Леониды в период с 14 по 21 ноября, максимум действия этого метеорного потока приходится на 17–18 ноября. Леониды – самый известный метеорный поток. Он известен с древних времен. Самым ранним историческим свидетельством об этом метеорном потоке является его описание, сделанное в 901 году в Александрии. Родоначальницей потока является комета Темпеля – Туттля. Леониды иногда проливаются метеорным дождем, это было в 1901, 1934, 1966 и 1999 годах. В среднем в час бывает не больше 40 метеоров. Метеоры из Леонид очень быстрые и белые. Скорость этих метеоров составляет около 71 км/ч.

Периодически на Землю падают обломки астероидов, в атмосферу врываются остатки мертвых комет, большинство падений этих тел проходят незамеченными. Однако раз в миллион лет (а, может, и чаще) прилетает настоящий монстр. Например, ряд ученых считает, что динозавры исчезли 65 млн лет назад из-за столкновения Земли с гигантским астероидом. Он прилетел со скоростью 40 км/с, пробил атмосферу, взорвался и рухнул у северной оконечности современного полуострова Юкатан. Размерами он был с Манхэттен. По всей планете можно найти огромные кратеры, диаметры которых превышают километр. Один из самых известных находится в Аризоне – его диаметр превышает 1,5 км, а окружность – 3 км. Он появился тридцать тысяч лет назад.

Но, как мы уже говорили, «Тунгусский метеорит» не оставил никакого кратера, никаких кусков метеорита или астероида, пришельцы из внеземного пространства испарились, растворились в воздухе, не оставив после себя ни следа (мы не говорим про поваленный лес, ведь это не след, а следствие).

Антиматерия встретилась с материей – и случилось то, что случилось. Приближение кометы или части кометы могло сопровождаться природными явлениями, которые описывали свидетели. Даже мог быть описанный выше метеорный поток, который жителям сибирских деревень раньше видеть не доводилось. Взрыв в результате встречи материи с антиматерией должен был случиться и сопровождаться вспышкой, которую видели в России и Западной Европе.

Многие уважаемые ученые по всему миру придерживаются версии: «Тунгусским метеоритом» была комета, а в ней содержалась антиматерия, пусть в ничтожном количестве. Но много и не надо!

Высвобождение энергии

Эта книга посвящена антиматерии, и, как уже говорилось выше, я придерживаюсь именно этой гипотезы, объясняющей феномен «Тунгусского метеорита». В таком случае мы можем рассматривать это событие как свидетельство латентной мощи антиматерии. Если считать сгусток материи топливом, то антиматерия будет той искрой, которая высвобождает ее энергию, причем получится лучший природный способ высвобождения энергии.

В рассказе о Большом взрыве упоминалось, что при формировании материи огромные количества энергии были заморожены, или пойманы в ловушку в частицах, которые составили атомы, из которых, в свою очередь, состоит все на Земле. Химические и ядерные реакции включают перераспределение и переформирование этих частиц таким образом, чтобы высвобождалась часть их внутренней энергии, но даже в результате самых сильных взрывов фактически высвобождается очень малое количество этой энергии – в сравнении с количеством замороженной, или запертой, в материи при ее рождении миллиарды лет тому назад.

Живые существа представляют собой химические заводы, высвобождающие энергию от реакций, в которые вступают углерод, кислород и другие элементы, из которых состоят все живые организмы. Наши тела высвобождают энергию, в результате взрыва тоже высвобождается энергия. Это разные количества, и количества в частности зависят от так называемых шкал времени. То есть наши тела высвобождают энергию постепенно, в виде тепла, поддерживая температуру тела, равную 36,6 °C (если человек здоров). Реакции идут быстрее, если организму приходится бороться с вирусами, когда человека лихорадит и у него поднимается температура. По сути химический взрыв ничем не отличается от того, что происходит в наших телах и других живых организмах, только в этом случае все идет гораздо быстрее. Предположим, вы сытно пообедали – и теперь энергии вам хватит на несколько часов, но если «шкалу времени» сжать, чтобы высвободить это количество энергии за долю секунды, а не за несколько часов, то произойдет взрыв.

Даже в случае реакции ядерного синтеза, например водородной бомбы, которая дает один из самых мощных известных взрывов, используется примерно один процент всей энергии, заключенной в материи

В результате взрыва ракеты, реактивного снаряда, даже самого сильного химического взрыва, который возможен практически, высвобождается, как мы уже сказали, лишь малая часть энергии, замороженной, или запертой, в атомах (хотя такой взрыв может быть ужасен для человека). Большая часть энергии атома находится в его ядре, а когда зажигается ядерная искра, мы получаем мощность взрыва, равную тому, что случилось в Хиросиме и Нагасаки. В сравнении с этим химические взрывы кажутся ничтожными. Тем не менее даже в этом случае высвобождается только тысячная (или гораздо меньшая) часть энергии.

Чтобы высвободить всю энергию, нужен обратный процесс – противоположный тому, в результате которого энергия была заморожена, или поймана в ловушку, в материи миллиарды лет тому назад.

Даже в случае реакции ядерного синтеза, например водородной бомбы, которая дает один из самых мощных известных взрывов, используется примерно один процент всей энергии, заключенной в материи.

И это может сделать антиматерия. Аннигиляция килограмма антиматерии даст примерно в десять миллиардов раз больше энергии, чем высвобождается при взрыве одного килограмма тротила. При аннигиляции антиматерии высвобождается вся энергия, то есть в сто раз больше, чем при ядерном синтезе водородной бомбы. Вот в этом и заключается привлекательность антиматерии для научной фантастики, авторы которой предлагают использовать ее в качестве исключительно эффективного топлива для космических кораблей. Но она реальна, и похоже, что военные в самом деле разрабатывают оружие с использованием антиматерии. Например, над этим вопросом совершенно точно думали не только научные фантасты, но и серьезные ученые и исследователи из НАСА в США. В НАСА ведется работа по нескольким соответствующим исследовательским программам, что стало достоянием общественности. Если они окажутся успешными, то последствия высвобождения энергии могут быть ужасающими и привести к уничтожению жизни на Земле.

В октябре 2004 года в газете «Сан-Франциско Хроникл» была опубликована статья о том, что американские военные тратят миллионы долларов на исследование способов использования радикального источника энергии – антиматерии, или таинственного «зеркала» обычной материи, – в оружии будущего. Новость быстро распространилась по всему миру, и были высказаны предположения, что ученые не только в США работают над оружием, которое будет использовать антиматерию. Подумайте об этом, учитывая, что в Хиросиме была высвобождена лишь одна тысячная (или меньшая) доля того, что теоретически может быть высвобождено.

Но где факт, а где выдумка? Можно ли реально использовать антиматерию в виде топлива? И в составе оружия? Мы постараемся отделить правду от вымысла и рассказать, что же все-таки реально сделать с антиматерией.

Интерес военных к антиматерии

Упомянутая выше статья в «Сан-Франциско Хроникл» появилась после выступления Кеннета Эдвардса, руководителя подразделения «Революционные боеприпасы», в марте 2004 года на конференции в институте Передовых концепций НАСА в Вашингтоне с докладом о возможных путях практического применения антиматерии, а именно позитронов, в военных целях. Подразделение, которое возглавляет Эдвардс, было создано на базе ВВС США «Энглин» в штате Флорида. Оно занимается проблемами использования антиматерии в военных целях.

Выяснилось, что исследования антиматерии как практически неисчерпаемого источника энергии идут уже тридцать лет. Несомненно, Эдвардс хорошо разбирается в теме и находится под сильным впечатлением от потенциала антиматерии. Он в частности заявил, что даже крошечные количества антиматерии, которые невозможно рассмотреть невооруженным глазом, могут быть разрушительными. По его словам, у позитронной бомбы имеется целый ряд преимуществ в сравнении с ядерным и термоядерным оружием. Во-первых, количество энергии, выделяющейся при аннигиляции, больше, чем в ходе ядерной или термоядерной реакции. Например, 50 миллионных грамма позитронов содержат столько же энергии, сколько 4000 фунтов тротила. Их было бы достаточно для взрыва, который прогремел в Оклахома-Сити в 1995 году.

Девятиэтажное здание в Оклахома-Сити практически полностью уничтожено взрывом, эквивалентным 1800 килограммам тротила, погибли 168 человек, свыше 500 были ранены

Во-вторых, взрыв позитронной бомбы не оставляет радиоактивных продуктов, которые будут разлагаться в течение десятков или даже сотен лет. Это представлялось как безопасное для окружающей среды свойство такого оружия. Интересно, для кого? Для тех, кто думает его использовать, а потом прийти на ту землю, которая подверглась атаке? Хотя Кеннет Эдвардс заявил, что не исключается и создание комбинированных боеприпасов, использующих антиматерию наряду с обычным ядерным зарядом. Также прозвучала информация, будто бы первичный продукт аннигиляции позитронов и электронов представляет собой невидимую, но очень опасную гамма-радиацию, которая «может убить большое количество солдат, не затронув гражданское население». Более подробного объяснения механизма подобного действия не прозвучало.

Правда, работы над позитронным оружием еще очень далеки от завершения. Расчеты, сделанные учеными из НАСА, работающими в Кливленде, показали, что для получения одного миллиграмма антиматерии сейчас потребовалось бы около ста миллиардов долларов – слишком дорого, чтобы этот проект был интересен с коммерческой точки зрения. Хотя Эдвардс считает, что позитроны в достаточных количествах можно было бы получать на ускорителе элементарных частиц в «Фермилаб» и на линейных ускорителях в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе и в Стэнфордском университете.

Кроме производства существует проблема безопасного хранения позитронов. Ее необходимо решить – иначе об их практическом применении не может быть речи. Для этого требуется надежная изоляция античастиц от обычных частиц (обычной материи), при столкновении с которыми античастицы аннигилируют. В настоящее время для хранения античастиц используются так называемые ловушки Пеннинга, о которых мы подробнее расскажем ниже. В них частицы удерживаются от столкновения со стенками ловушки с помощью магнитного поля. Однако, поскольку позитроны заряжены одинаково и отталкиваются друг от друга, со временем все они вырываются из магнитного поля и благополучно исчезают, сталкиваясь с обычной материей.

Решением вопроса хранения позитронов занимается компания Positronics Research LLC, ею руководит бывший профессор Пенсильванского университета Джеральд Смит, к которому мы вернемся в конце книги. Кроме ловушек Пеннинга ученые предложили использовать для хранения позитронов и квазистабильные образования – позитронии. Позитроний представляет собой систему из вращающихся друг вокруг друга позитрона и электрона, которые удерживаются от столкновения электромагнитными полями. После этого открытия фирма получила от военного ведомства США 3,7 миллиона долларов на дальнейшие исследования.