От Дарвина до Эйнштейна

Астрофизик Эдвин Солпитер, который тогда только начинал научную деятельность в Корнеллском университете, тоже о ней не знал. Летом 1951 года Солпитер был приглашен посетить Радиационную лабораторию Келлога в Калифорнийском технологическом институте, где неутомимый астрофизик-ядерщик Вилли Фаулер и его группа углубились в изучение ядерных реакций, которые, как считались, играли важную роль в астрофизике. Отталкиваясь от тех же идей, что и Эпик, Солпитер изучил тройной альфа-процесс[309] в жаркой преисподней центра красных гигантов – то есть занялся именно той задачей, которую забросил аспирант Хойла. Солпитер сразу же понял, что едва ли можно ожидать, что три ядра гелия столкнутся одновременно. Однако нужно добиться, чтобы два из них держались вместе достаточно долго и дождались, когда с ними столкнется третье. Вскоре Солпитер обнаружил, что углерод может с небольшой вероятностью вырабатываться посредством двухшагового процесса. Сначала две альфа-частицы создают очень нестабильный изотоп бериллия (⁸Be), а затем бериллий захватывает третью альфа-частицу, и получается углерод. Однако здесь возникала серьезная проблема. Эксперименты показали, что именно этот изотоп бериллия распадается обратно на две альфа-частицы, и средний срок жизни у него поистине мимолетный – всего лишь около 10^–16

секунд (0,00… 1 на шестнадцатом месте после запятой). Вопрос был в том, может ли реакция при температуре свыше ста миллионов градусов Кельвина пойти так быстро, что эти эфемерные ядра бериллия все-таки успеют слиться с третьим ядром гелия, пока не распались.

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 ⁸

Be 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.