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!
В конце 1972 года в солидных научных журналах замелькали странные заголовки статей: «Опускание массы в гравитационную яму»... «К опусканию веревки в «черную дыру»...
Почти одновременно английский математик Р. Пенроуз и американский физик Дж. Бекенштейн высказали простую идею. Если со звездолета (он облетает «черную дыру» по достаточно удаленной, а потому и безопасной орбите) бросить в направлении «черной дыры» камень, то под действием могучего притяжения камень будет падать все быстрее и быстрее, пока при скорости, близкой к световой, не исчезнет в «дыре».
Осталось немного. Привязываем к камню конец веревки, намотанной на вал динамомашины, и вот при падении камня начнет вырабатываться совершенно бесплатная электроэнергия.