Текст книги "Занимательно об энергетике"

Автор книги: Юрий Чирков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 13 страниц)

ГЛАВА 10
ЭНЕРГЕТИКА: ФАНТАЗИИ И ФАНТАСТИКА

Физика настоящего – это техника будущего.

А. Иоффе

Практически все знания, накопленные человечеством к нашему времени, содержатся в энциклопедиях: Большой Советской, Британской, Американской, французском «Ляруссе». Многие десятки толстенных томов: как много познано, открыто, изобретено!

Но вот недавно в Англии вышла «Энциклопедия незнания». Всего один том: 450 страниц. Однако редакторы-составители этого тома утверждают: «Наши знания – всего лишь островки среди безбрежного океана еще не познанного».

Да, с этим трудно не согласиться: можно придумать тьму вопросов, остающихся пока без ответа. Ну, скажем, что такое ноль? Нечто, состоящее из ничего? Что есть время и почему оно «глядит» всегда в одну сторону? Почему в таблице Менделеева первым стоит атом водорода, а не искусственно созданные в лабораториях позитроний, мюоний, пионий?

А если так, если мы барахтаемся, сами того подчас не замечая, среди бескрайних волн Океана Незнания, то стоит ли сомневаться в том, что рано (лучший вариант!) или поздно ученые предложат сверхнеординарные, сногсшибательные методы получения обильной энергии.

Эта глава последняя. Мы говорили об энергетике сегодняшнего дня (часто поминая прошлое), обсуждали и близкое наше энергетическое будущее. Ну а перспективы? Что там (за энергетическим горизонтом)?

Трудно сказать! Тут мы оказываемся на зыбкой почве спекулятивных (имеющих поневоле вероятностный характер) рассуждений.

Когда разглагольствуешь о будущем, полезно, к примеру, помнить ядовитое высказывание английского писателя Гилберта Честертона:

«Человеческий род... с момента своего возникновения увлекается детскими играми и будет, по-видимому, увлекаться ими до скончания веков. Одна из любимейших его игр называется «О завтра ни гугу», а в простонародье «Натяни нос пророку». Заключается она в следующем. Играющие весьма внимательно и почтительно выслушивают все, что тот или иной мудрец имеет сообщить им относительно грядущих событий, потом терпеливо дожидаются его смерти и хоронят его по первому разряду. Затем все расходятся по домам и занимаются каждый своим делом...»

Действительно: роль предсказателя, прорицателя, футуролога не из лучших. В деле этом существует своеобразный (заимствованный из квантовой механики) принцип неопределенности: чем конкретнее и точнее прогноз, тем он менее достоверен, и наоборот.

Таким образом, как, впрочем, и всюду, золотой оказывается середина! Будем к ней, поелико возможно, стремиться и мы.

Проекты, проекты...

Заточенный в тюрьму и приговоренный к смертной казни, русский революционер Дмитрий Дмитриевич Ахшарумов написал на стене камеры:

Тогда и для земной планеты Настанет период иной: Не будет ни зимы, ни лета, Изменится наш шар земной, Эклиптика с экватором сольется, И будет вечная весна .. И для людей другая жизнь начнется, Гармонией живой наполнится она, Тогда изменятся и люди и природа, И будет на Земле мир, счастье и свобода!..

Д. Ахшарумов мечтал о том изобилии энергии, когда человек сможет повернуть земную ось, поставить ее строго перпендикулярно плоскости орбиты. Тогда смена времен года исчезнет, продолжительность дня и ночи уравняется, на Земле установится нечто вроде вечной весны...

Недостатка в грандиозных проектах преобразования жизни на нашей планете никогда не было. Многие из этих проектов были связаны с энергетикой.

Например, в начале нашего века большой известностью пользовалось предложение Г. Зергеля. В пику сильной капиталами пан-Америке и богатой населением пан-Азии он предложил проект пан-Европы. Известно: через Гибралтарский пролив из Атлантического океана в Средиземное море каждую секунду перетекает 88 тысяч кубических метров воды, восполняющих испарение в Средиземноморье. Поэтому, рассуждал Зергель, если уровень Средиземного моря искусственно понизить на 200 метров, то можно на электростанциях, устроенных в Гибралтарском проливе, вполне свободно получить электроэнергию мощностью 120 миллионов киловатт (огромная по тем временам цифра!). Для этого надо лишь перегородить Гибралтар плотиной...

А вот проект похлестче. Вращение небесных тел, имеющих магнитное поле, создает электродвижущую силу в результате так называемой униполярной (гомо-полярной) индукции.

Наша Земля, совершающая оборот за 24 часа, имеет магнитное поле около 0,1 гаусса. Кинетическая энергия вращения Земли составляет громадную величину – 6,17 • 1025 килокалорий.

Так вот, если использовать земной шар в качестве ротора естественного электрогенератора с положительными клеммами на полюсах и отрицательными на экваторе, то можно в принципе получить напряжение около 100 000 вольт!

Только неясно, как обращаться с таким необычным генератором.

Еще проект – нейтринный. Поток нейтрино, падающих на земную твердь из космоса, по мощности почти не уступает потоку солнечной энергии. Поскольку нейтрино очень слабо взаимодействует с материей, этот поток свободно проходит через облачный покров и, кроме того, предоставлен в наше распоряжение и днем и ночью (не то, что солнце!).

Значит, надо только догадаться, как затормозить нейтрино...

Подобных умозрительных схем, видимо, можно предложить великое множество. Так, изобретатель В. Черенков ратует за создание вокруг Земли пылевого кольца: оно бы отражало на Землю часть солнечных лучей, проходящих мимо...

Можно перегородить плотиной Берингов пролив, растопить льды Антарктиды, жечь уголь под землей... Можно делать многое: вот только будет ли толк? Не нарушится ли природное равновесие? Не нагрянет ли беда оттуда, откуда и не ждешь?

Слишком многое надо предусмотреть, предвидеть, проследить цепочки причинных связей между, казалось бы, совсем далекими друг от друга явлениями.

Однако изъяны многих глобальных проектов не только в их антиэкологичности, но также в самой их масштабности.

С Земли – в космос

Непобедимые воины Александра Македонского в ужасе отступили, встретившись с сильными приливами в устье Инда. То же случилось и с легионами Цезаря на берегах Атлантики.

Приливы, землетрясения, вулканы, молнии – стихийные силы Природы всегда были пугалом для человека. И немудрено: только на образование рядового урагана Природа затрачивает десятки тысяч миллионов киловатт!

К числу тех проявлений природной мощи, о которых люди сохраняют самые тяжелые воспоминания, относятся землетрясения. Наиболее разрушительное землетрясение с магнитудой 8,5 произошло 1 сентября 1923 года в Токио – Иокогаме. Было разрушено или сгорело 550 000 домов, 150 000 человек погибли или пропали без вести.

Нетрудно оценить порядок выделившейся при этом землетрясении энергии—1024 эрг. Много, безусловно. Но, оказывается, та же энергия высвобождается и при взрыве термоядерной бомбы! Как видим, человек научился создавать катастрофы тех же размеров, что и самые могучие силы Природы.

Ю24 эрг! Цифра, эквивалентная примерно 50 миллиардам киловатт-часов энергии – объем мирового энергопотребления в течение суток!

Возьмем теперь хотя бы молнию – это проявление «божественного гнева». В тот момент, когда молния ударяет в антенну, можно с помощью небольших ферромагнитных регистраторов измерить силу протекающего в ней тока.

Измерили. Пока рекордная величина тока – 100 000 ампер. Внушительно! Однако на некоторых заводах в электролизных ваннах при получении алюминия используется ток такой же силы.

Правда, при контакте молнии с антенной возникает напряжение, достигающее 25 миллионов вольт, против всего лишь нескольких вольт в электролизной ванне. Мощность разряда молнии – порядка одного миллиарда киловатт: примерно столько же дают в сумме все электрические мощности землян. Но в силу исключительной кратковременности разряда (1—2 микросекунды) выделяемая молнией энергия на удивление мала: что-то около одного киловатт-часа.

Сколько же слухов, ужасов и легенд порождено столь мизерной энергией!..

Видимо, поэтам и писателям, воспевающим буйство и величие сил природы, придется перестраиваться: говорить о замечательном равенстве энергии, добываемой человечеством, и энергии природных явлений, а не об их пугающем несоответствии.

В последние десятилетия человек обрел могущество, уже сравнимое с могуществом сил природы. Из лилипута, служителя в лавке с хрустальной посудой, человек вдруг превратился в Гулливера, любое неловкое движение которого может разрушить, причем невосстановимо, всю гармонию, созданную природой за миллиарды лет.

Советский астрофизик член-корреспондент Академии наук СССР Н. Кардашев выделяет три этапа технологического развития цивилизации. По уровню ежесекундного потребления энергии:

4х1019 эрг – это то, чем человечество располагает сейчас;

4х1033 эрг – энергия звездного уровня: столько ее излучает наше солнце;

4х1044 эрг – энергия масштаба Галактики.

Конечно, ничто не может помешать человечеству стремиться ко все более высоким энергетическим рубежам. Принципиальных запретов нет. Но выдержат ли хрупкие плечи нашей планеты такие энергетические тяжести?

Энергии звездного уровня, не говоря уже о галактических, ну просто не «поместятся» на Земле! Но есть выход из этого противоречия. Более полувека назад пионер космонавтики К. Циолковский произнес такие пророческие слова: «Земля – колыбель разума. Но нельзя вечно жить в колыбели».

Да, колыбель становится тесновата! И сегодня, когда человек переступил порог второго десятилетия космического века, можно заглядывать и в более глубокое будущее. Сделал это писатель-фантаст Артур Кларк, он сказал: «Земля действительно наша колыбель, которую мы собираемся покинуть. А солнечная система будет нашим детским садом».

Вот в космосе, этом бескрайнем, безбрежном вместилище, человеку будут по плечу уже любые уровни энергии – и звездные и галактические.

Тот же Кларк считает: уже к 2010 году энергетические возможности человечества будут сопоставимы с энергоотдачей одной звезды. Проявления невероятных по силе источников энергии астрономы наблюдают во внутренних сферах некоторых галактик, на квазарах...

Космос преизобилен энергией. Это и солнечная радиация любой напряженности, не ослабленная атмосферой, и космические лучи, и космические тела с их колоссальной кинетической энергией. Можно использовать и космические перепады температур от абсолютного нуля до нескольких тысяч градусов, космический магнетизм.

Из космоса к нам проникают частицы столь мощных энергий, что они в триллионы раз превышают энергии, которые ученые получают на самых мощных ускорителях Земли (Исследователи уже подбираются к энергиям частиц в тысячи Гэв, но не забудем, что, по подсчетам американцев, каждый Гэв ускорения стоит около одного миллиона долларов!)

В деле, так сказать, утилизации космоса в ход может пойти и экзотика. Например, «солнечные паруса», использующие «солнечный ветер»; другими словами, давление солнечного излучения.

Оно очень мало (10-6 килограмма на квадратный метр), но при площади паруса в 1 квадратный километр (а просторы космоса бескрайни!) солнечное давление уже способно придать космическому кораблю весом в 1 тонну довольно значительное ускорение – в 1 см/сек2.

А роль паруса будет играть экран из частиц, удерживаемых магнитным полем и связанных с космическим кораблем.

«Антиметеориты»

Космос, его бескрайность, стихийность его сил – эти качества давно дразнят воображение ученых – ловцов энергии. Совсем недавно на страницах журнала «Успехи физических наук» П. Капица (уж сколько раз мы упоминали это славное имя!), обсуждая энергетические проблемы, неожиданно назвал в качестве потенциального топлива... антивещество. Фантазия? Фантастика? А может, наше энергетическое завтра? А почему бы нет?! Ведь антивещество – это же идеальное горючее!

Существование антивещества давно доказано экспериментально, его получают в ускорителях, правда, в ультрамалых дозах: в виде отдельных ядер. (В 1969 году на Серпуховском ускорителе советские физики зарегистрировали ядра антигелия-3, состоящие из двух антипротонов и одного антинейтрона.)

Ученые полагают: когда создавалась наша вселенная, то могла возникнуть (простые соображения симметрии) и другая, ей равновеликая, но вот только состоящая целиком из антивещества. Как они могут взаимно сосуществовать, сказать трудно. Ведь известно, что при соприкосновении вещества и антивещества оба они аннигилируют, исчезают, превращаясь в излучение. Пользуясь знаменитым соотношением Эйнштейна об эквивалентности энергии и массы, нетрудно прикинуть, что при аннигиляции одного грамма Вещества возникает такая же энергия, Какую можно получить (три сжигании 10000 тонн каменного угля!

Таким образом, продолжая подобные расчеты, легко установить, что одной тонны антивещества (а вещество у нас всегда под рукой!) было бы вполне достаточно, чтобы сейчас обеспечить на год энергией весь земной шар.

И вот сюрприз: в 1979 году группе американских физиков удалось зарегистрировать наличие «природных» антипротонов. Их «принесли» космические лучи. (Воздушные шары подняли на высоту 36 километров примерно две тонны сложнейшей аппаратуры.)

Значит ли это, что нам «посылают весть» далекие «антимиры»? Если это так, то, полагают, антивещество в виде отдельных метеоритов могло бы проникнуть из антимира в наше космическое пространство, ибо оно крайне разрежено. Столкновения с атомами здесь редкость, и антивещество не смогло бы аннигилировать полностью.

Улавливая с помощью спутников эти «антиметеориты» и доставляя их на Землю (в этом соль рассуждения П. Капицы), мы получили бы мощный источник энергии.

И вновь вопросы. Как обнаружить «антиметеориты», отличить их от обычного вещества? Как доставить на Землю, чтобы они при этом ни с чем не соприкасались (иначе взрыв!)?.. Возможно, что все эти задачи вообще неразрешимы. Однако тут не следует проявлять категоричности: жизнь учит нас быть осторожными в суждениях.

Энергетическая лестница

Заимствование энергии из космоса неизбежно, но это все ж отдаленное наше будущее. А что сейчас? Какие энергии здесь, на Земле, уже доступны человеку или будут доступны завтра?

Промышленное значение той или иной формы энергии в значительной степени определяется концентрацией, в которой ее можно накапливать и высвобождать. Имеющиеся при этом различия достигают фантастических размеров: энергия, высвобождаемая в ядерном реакторе из одного грамма урана-235, равна энергии, которую можно накопить в тысячах тонн электростатических конденсаторов или, точнее, в десять тысяч миллиардов (1013) раз большей массе!

Различия в концентрированности энергии определяют и сферу применения. Так, в автомобилях используется химическая энергия жидкого топлива. Тогда как, скажем, для внутризаводского транспорта пойдет и кинетическая энергия маховиков или аккумуляторный привод.

Посмотрим же теперь, каков спектр доступных человеку энергий. В приводимой ниже таблице указаны величины высвобождаемой энергии в ватт-часах на килограмм массы.

Ядерная энергетика

Формула Эйнштейна, Е=mc2 (процессы аннигиляции)

1012

Деление и синтез ядер

1010

Радиоизотопы

108

Химия

Теплота сгорания топлива

104

Электрохимия

Батареи аккумуляторов

103

Механика

Превращение фаз (кипение)

102

Сжатые газы

10

Кинетическая энергия (маховики)

10

Металлические пружины

1

Сила тяжести (гидроэлектрическая энергия)

0,1

Электричество

Электромагнитная индуктивность

0,01

Электростатические конденсаторы

0,001

Перед нами не просто список всевозможных видов энергии. Это и путь покорения человеком энергии. Путь «вверх» по энергетической лестнице, которая в то же время ведет и «вниз». Ибо для завоевания все больших энергий человек вынужден все глубже погружаться в микромир, в царство микроскопических объектов – первокирпичиков материи.

Физики извлекают энергии из все меньших и меньших объектов пространства.

В областях с размерами 10-5—10-7 сантиметра исследователи проникли в мир кристаллов, атомов – возникла кинетическая теория материи. Затем, перешагнув еще один-два порядка, человек открыл царство атомных явлений, управляемых квантовой теорией.

На расстояниях 10-11 сантиметра ученых подстерегала неожиданность: при этих энергиях стало возможным рождение светом электронно-позитронных пар, энергия превращалась в вещество! Эти явления уже описываются релятивистской квантовой теорией Дирака.

На расстояниях 10-13 сантиметра (размеры ядер) возникла физика атомного ядра. А с расстояний 10-14—10-15 сантиметра (порядки энергий, достигнутых на Серпуховском ускорителе) началась физика адронов и их возбужденных состояний – раскрылся мир так называемых «странных частиц».

А сейчас физики замахнулись уже на объекты с характерным масштабом в 10~17 сантиметра. Проникнуть в эти глубины поможет проектируемый в СССР рядом институтов ускорительно-накопительный комплекс Института физики высоких энергий. Он будет также построен под Серпуховом.

В этом колоссе (длина ускорительного магнитного кольца нового протонного синхротрона равна 19 километрам! Это больше, чем лента Садового кольца в Москве) физики надеются достичь энергий в 3000 Гэв (миллиардов электрон-вольт).

Любопытно, что построенный немногим более десяти лет назад старый Серпуховский ускоритель давал пучок протонов с энергией всего в 76 Гэв. Так вот этот «ветеран» для нового гораздо более мощного собрата будет служить лишь инжектором частиц, всего лишь вспомогательным устройством.

Зачем же нужно строить эти пирамиды XX века? Стоит ли столь крупная игра свеч? Не есть ли это просто способ удовлетворить ненасытную любознательность ученых? Нет, физики хотят отыскать в микромире источники новых, еще более мощных энергий.

Один лишь довод. На заре своего развития физика элементарных частиц, установив, казалось бы, второстепенный с теоретической точки зрения факт, что при делении ядра урана испускается более двух нейтронов, породила всю современную ядерную энергетику!

Дефект масс

Все перечисленные выше виды энергии различаются порядком. Но есть между ними и нечто общее – способ извлечения энергии. Принцип один: превращать в энергию так называемый «дефект масс».

Здравый смысл говорит нам: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет точно в два раза меньше и легче целого плода. Сложим обе половины, и снова получим яблоко. Но не может такого быть, чтобы две половинки весили больше целого яблока.

В макромире действительно такого быть не может, а вот в мире элементарных частиц.,. Разнимая материю на все более мелкие части, физики вдруг обнаружили нарушение закона сохранения массы.

Оказалось: масса целой частицы всегда меньше суммы масс частиц, ее составляющих, это и есть дефект масс. Впрочем, физиков это не удивило. Еще Эйнштейн доказал, что масса и энергия эквивалентны. Значит, дефект массы просто восполняется выделением соответствующего количества энергии, и все получается, так сказать, баш на баш.

Но эффект этот крайне важен для практики, для извлечения из материи энергии. Наибольший дефект масс имеет место при термоядерном синтезе, 'именно поэтому с термоядом энергетики связывают такие большие надежды.

Но вот мы подходим к полному превращению массы в энергию. (Этот процесс, например, реализуется при аннигиляции вещества и антивещества.) Что это – абсолютный предел? Потолок, выше которого не прыгнешь? Дверь, ключа к которой нет?..

Вновь обратимся к физику. А он говорит: мы стоим на пороге нового прорыва в область еще больших энергий.

В истории естествознания, рассказывает он, в свое время было открыто три «мира» или области энергий. Это – в порядке возрастания энергии – мир атомов, мир атомных ядер и мир известных элементарных частиц с массами вблизи массы протона.

Небольшое отступление. Двадцать веков отделяют нас от науки древнего мира. Большой срок. Однако в понимании самых общих свойств природы мы в каком-то смысле недалеко ушли от древних. Античные греки полагали: все в мире слагается из четырех сущностей, четырех стихий – земли, воды, воздуха и огня, не связанных меж собой каким-то единством.

Современней физик также «исповедует» четыре стихии, четыре поля сил – сильного (ядерного), электромагнитного, слабого и гравитационного. Это своеобразные «стихии» физики XX века. Ученые, конечно, понимают, что должна быть глубокая связь между этими стихиями, но, увы, уловить ее пока не могут.

Так вот, в последних экспериментах на ускорителях физики настойчиво пытаются связать электромагнитные и слабые взаимодействия. Теоретики сейчас высказывают мысль о существовании тут новой области энергий – примерно в 50 раз более высоких, чем для известных уже элементарных частиц.

Что даст практике открытие этой области энергий, сказать трудно. Ибо человек вступает здесь в странный, загадочный мир, где обычные представления и мерки неприменимы.

Проиллюстрируем эту мысль одним важным примером.

Кварки

С десяток лет назад в словаре физики элементарных частиц появилось слово «кварк». Слово это заимствовано из фантастического романа ирландского писателя Джойса «Поминки по Финнегану» (там оно означает нечто дикое, невообразимое, немыслимое). И не случайно: гипотетические частицы – кварки – обладают свойствами, которые не смог бы придумать и самый изощренный фантаст.

Две тысячи лет понадобилось науке, чтобы удостовериться: все вещества состоят из молекул. Через 200 лет человек открыл атомы. 20 лет спустя узнал: атом – это набор элементарных частиц: протонов, нейтронов (их вместе величают нуклонами, они состав ляют ядро атома) и электронов. Смысл таблицы Менделеева стал понятен. Казалось бы, дошли до истоков, до первоматерии.

Однако, как это часто случается в храме Науки, в разгар торжества начались «неприятности». В начале 50-х годов нашего столетия, орудуя мощными ускорителями, физики-экспериментаторы начали обнаруживать все новые и новые ядерные частицы. Их стали обозначать просто буквами. Так возникли А-частицы, ∑-частицы и многие другие. Чтобы не запутаться, все эти частицы окрестили словом «гипероны». А для всех сильно взаимодействующих (ядерные силы) частиц – мезонов, нуклонов и гиперонов – придумали общее название: адроны.

Их набралось уже около двух сотен: больше, чем элементов в таблице Менделеева. Было ясно: с эпитетом «элементарные» пора распроститься.

За дело взялись физики-теоретики. Вооружившись соображениями симметрии, законами сохранения и новейшей математикой, они принялись раскладывать «адронные пасьянсы». Обнаружилось: адроны могут быть сгруппированы в семейства – супермультиплеты, близкие по своим основным свойствам. Нашлась и математика, «узаконившая» подобную классификацию. Она допускала существование всевозможных «наборов частиц»: из одной, трех, шести, восьми, десяти и так далее, физики же наблюдали лишь синглеты (одна), октеты (восьмерки) и дециметы (десятки). Почему такая разница в «наборах»?

В 1963 году одновременно и независимо теоретики – американский (М. Гелл-Манн) и австрийский (Г. Цвейг в отличие от Гелл-Манна, введшего слово «кварк», он называл их «тузами») высказали гипотезу о существовании кварков – трех фундаментальных частиц, различными комбинациями которых и являются все адроны.

Кварки должны были обладать необычными свойствами, и прежде всего дробными зарядами (до этих пор считалось, что наименьшие заряды у электрона и позитрона – минус и плюс единица). А кварки имели заряды: один +2/3, два других -1/3 (так, к примеру, протон есть совокупность двух кварков с зарядом плюс 2/з и одного с зарядом минус 1/3, что и дает в сумме нужную единицу).

Кварки вначале были встречены в штыки. Однако теория кварков предсказывала существование нового адрона (омега-минус-гиперона), который вскоре и был обнаружен. Успех был полным. В 1969 году Гелл-Манн стал нобелевским лауреатом.

Физики бросились искать кварки. Искали в океанах, где вроде бы за тысячелетия должны были они накопиться, искали в метеоритах, космических лучах. Тщетно. В 1967 году под Серпуховом в нашей стране был пущен крупнейший тогда в мире ускоритель. Возможности поисков кварков значительно возросли. Но обнаружить следы кварков опять не удалось.

Раздались голоса, что кварки всего лишь удобная абстракция, что, возможно, в 2000 году на вопрос, что такое кварк, физик лишь недоуменно пожмет плечами: теория кварков к тому времени будет забыта.

Родилось, окрепло и другое предположение – кварки принципиально нельзя обнаружить. Нуклоны и гипероны (вместе они называются барионами) построены из трех кварков, мезоны – из двух (кварка и антикварка). Так вот, скажем, мезоны чем-то похожи на магнит, говорили сторонники ненаблюдаемости кварков. А любая попытка отделить северный магнитный полюс от южного обречена на провал. Разрежьте магнит на две части: каждая станет самостоятельным магнитом со своими полюсами. Так и любая попытка разъединить компоненты мезона ведет к образованию новых кварка и антикварка: вместо одного мезона мы получим пару – и только!

Есть и третья версия. Возможно, энергий, достигаемых на современных ускорителях, просто недостаточно для рождения свободных кварков.

Никогда не говори «никогда»

О кварках можно рассказывать бесконечно. Есть кварки красные, желтые, голубые .. Но выбор цветов .и само понятие цвета – вещи довольно условные. Просто оказалось, что кварки разнятся на «нечто», что за неимением у физиков готовых этикеток и в погоне за яркостью образа нарекли «цветом».

Чистая условность. При желании это «нечто» можно было бы пометить не цветом, а, например, вкусом, и говорить о сладких, соленых и горьких кварках. Но у нас к кваркам сейчас другой интерес: хотелось бы указать на возможную связь кварков с энергетикой будущего.

Дело вот в чем: каждый протон, как полагают, состоит из трех кварков. Но каждый кварк по массе (фантастика!) раз в десять тяжелее протона.

Странности странного микромира: тут слон может залезть в кастрюлю! Часть может быть по массе больше целого. «Толстые» кварки запросто умещаются в «чреве» «худенького» протона.

Итак, вновь дефект масс: если три свободных кварка объединятся в протоне, выделится громадная энергия. Она в тысячи раз больше того, что обещает энергетика термоядерная.

Подобной энергии было бы достаточно для снаряжения межзвездных экспедиций. Вероятно, именно с подобными процессами сталкиваются астрономы при наблюдении взрывающихся галактик и других грандиозных явлений в космосе.

Элементарные подсчеты показывают, что, когда три кварка сливаются в протоне, 95 процентов их массы «исчезает» – превращается в энергию. И «утилизация» одного грамма кварков позволила бы высвободить громадное количество энергии, эквивалентное сжиганию 2500 тонн нефти.

Замечательные перспективы для энергетики, но нам возражают: кварки существуют только внутри адронов, в свободном состоянии они быть не могут. Это их фундаментальное свойство. Их уникальность как раз в том, что человек впервые открыл микрообъекты, наблюдать которые в чистом, изолированном, что ли, виде принципиально нельзя!

Так-то это, может быть, и так, однако никогда не говори «никогда». Эту заповедь следовало бы уже внушать школьникам. «Синтез каучука неосуществим» – говорили. «Никогда человечество не побывает на Луне» – тоже было. «Использование атомной энергии невозможно»...

История науки помнит разные запреты. Никогда, никогда, никогда... А наука развивалась, и запреты падали один за другим.

Ситуация с кварками очень напоминает то, что уже случилось в науке в начале нашего века. Тогда было показано: радий выделяет тепло. Если бы грамм радия распался целиком, на наших глазах, выделилось бы около 2 тысяч миллионов калорий. В 360 тысяч раз больше, чем дало бы сгорание грамма угля. Но должна пройти история человечества от падения Римской империи до наших дней, пока грамм радия распадется наполовину. Можно ли пользоваться таким источником энергии? Очевидно, нельзя. Очевидно, надо не ждать, пока ядро распадется само, а научиться его разбивать. Но все попытки ученых начала века вмешаться в процесс радиоактивного распада неизменно кончались неудачей. (Как тогда ликовали скептики!)

Но в 1919 году великий Резерфорд смог разбить атомное ядро. Когда в ядра попадали альфа-частицы, выделялась (сразу!) большая энергия. Беда только: событие это было довольно редким: число попаданий при атомной «бомбежке» было мало. В результате энергии тратилось гораздо больше, чем извлекалось. Дело было нерентабельным.

Чем кончилась эта история, знает каждый. АЭС построены, и их число в мире неуклонно растет. И это один из доводов, почему не стоит хоронить надежду, что физики когда-нибудь научатся извлекать энергию, «спрятанную» в кварках.

«Пылесосы» вселенной

А теперь поговорим еще об одном необычном феномене, который в будущем, как и кварки, может стать энергетически значимым, поговорим о «черных дырах».

Прежде всего отметим, что «черные дыры» – это всего лишь одно из необычных следствий теории относительности Эйнштейна. И хотя объекты эти кажутся столь экзотическими, физики почти не сомневаются в их существовании. «Черные дыры» можно назвать космическими «пылесосами». В них все и вся безвозвратно исчезает. Отсюда – «дыра», бездонная яма... А черная она оттого, что даже лучи света не могут вырваться из ее чрева: дыра буквально невидима – черна!

«Черные дыры» возникают, когда умирающая звезда коллапсирует (сжимается) до такого плотного состояния, что ее размеры оказываются ничтожными, а гравитационное притяжение столь мощным (оно обратно пропорционально размерам звезды-дыры и прямо пропорционально ее массе), что ничто не может его преодолеть. По мере того как масса вещества сосредоточивается во все меньшем объеме, сжатие нарастает все больше и больше. Невозможно представить, что могло бы остановить этот безудержный процесс.

Получается, так сказать, гравитационная ловушка для материи, «капкан», преодолеть тиски которого нет никаких сил.

В последние годы ученые упорно ищут «черные дыры» и, видимо, уже нашли. И сделали это советские астрономы и математики. По предложению советского академика Я. Зельдовича, «черные дыры» искали в системах двойных звезд. Логика поиска такова: если обычная звезда и «черная дыра» образуют пару, вращаясь вокруг общего центра, то могучее притяжение «черной дыры» будет вытаскивать вещество из своей соседки. Эти клочья материи должны испускать излучение, обладающее рядом характерных черт.

Предвидение физика-теоретика несколько лет назад подтвердили сотрудники Государственного астрономического института имени Штернберга и Института прикладной математики Академии наук СССР. «Черные дыры» обнаружили в созвездии Лебедя, где много двойных звезд: Лебедь Х-1, Лебедь Х-2 и другие. Ряд примет неопровержимо свидетельствует: «черные дыры» наконец-то открыты! Но вот что удивительно: хотя «черные дыры» обнаружены в космосе дальнем, куда добраться нелегко, уже делаются попытки (правда, пока мысленные) использовать их как источник энергии!