Plakanās pasaules zinātne II

DIVI

SKVOŠA LAUKUMA ZINĀTNE

 Skvoša laukumu var izmantot, lai lietām piešķirtu daudz lielāku ātrumu, nekā gumijas bumbiņai... 1942. gada otrajā decembrī skvoša laukumā zem Čikāgas universitātes Stegfīldas stadiona iesākās jauna tehnoloģiskā ēra. Šo tehnoloģiju bija radījis karš, taču viena no tās sekām bija tāda, ka kara perspektīva kļuva tik briesmīga, ka lēnām un nedroši karš globālā mērogā kļuva aizvien mazāk iespējams (4). Stegfīldā fiziķis Enriko Fermī, pēc izcelšanās itālis, un viņa grupa pirmo reizi pasaulē panāca pašuzturošu ķēdes kodolreakciju. Tādā veidā varēja tikt radīta atombumba un vēlāk atomenerģija civilām vajadzībām. Taču bija arī daudz svarīgākas sekas: Lielās Zinātnes uzplaukums un jaunu tehnoloģiju ieviešana.

 {4. Vai vismaz, mazāk radioaktīvs. Mums atliek tikai cerēt.}

 Neviens nespēlēja skvošu zem Stegfīldas tribīnēm, kamēr tur stāvēja reaktors — taču daudziem tur strādājošiem cilvēkiem bija tāda sajūta, kā Dummingam Tupsam... pārsvarā neremdināma ziņkāre kopā ar uzmācīgu šaubu periodiem, kuros mirguļoja šausmas. Ziņkāre bija tam sākums, bet šausmas pielika punktu.

1934. gadā pēc garas atklājumu sērijas fizikā, kas attiecās uz radioaktivitātes parādību, Fermī atklāja, ka ar vielām notika interesantas lietas, ja tās bombardē ar «lēnajiem neitroniem» - subatomu daļiņām, ko izstaro radioaktīvais berilijs un kuras tiek laistas cauri parafīnam, la palēninātu tās. Fermī atklāja, ka lēnie neitroni ir tas, kas vajadzīgs, lai piespiestu citus elementus izstarot savas radioaktīvās daļiņas. Tas izskatījās daudzsološi, tāpēc viņš virzīja lēno neitronu plūsmu uz visu, ko tikai spēja iedomāties, un beigās izmantoja tolaik ne visiem zināmo elementu — urānu, kuru pirms tam galvenokārt izmantoja kā dzeltenā pigmenta avotu. Kaut kādā veidā, kas atgādināja alķīmiju, urāns zem lēno neitronu triecieniem pārvērtās par kaut ko jaunu — taču Fermī nesaprata, par ko.

{youtube}y7jXf1ujidw{/youtube}

Pēc četriem gadiem trīs vācieši: Oto Hāns, Liza Meitnere un Frišs Štrasmans — atkārtoja Fermī eksperimentus un, tā kā bija labāki ķīmiķi, viņi saprata, kas bija noticis ar urānu. Noslēpumainā veidā tas bija pārvērties par bāriju, kriptonu un nedaudz no citiem elementiem. Meitnere saprata, ka ka «kodoldalīšanās» process izdala enerģiju, turklāt, visai neparastā veidā. Bija iespējams, ka ar ķīmijas palīdzību matēriju var pārvērst cita tipa matērijā, taču šajā reizē zināms matērijas daudzums urānā pārvērtās enerģijā: kaut ko tādu agrāk nebija redzējis neviens. Bija gan tā, ka Einšteins iepriekš paredzēja teorētisku iespēju savā slavenajā formulā, kuru Neredzamās universitātes bibliotekārs, orangutans (5) sauktu par «U-uk» (6). Einšteina formula apliecina, ka enerģijas daudzums, ko «satur» konkrētais vielas daudzums ir vienāds ar vielas masu, reizinātu ar gaismas ātrumu un pēc tam vēlreiz pareizinātu ar to. Kā uzreiz atzīmēja Einšteins, gaisma ir tik ātra, ka pat liekas, ka tā nekustās, tās ātrums patiešām ir milzīgs... bet ātrums, pareizināts pats ar sevi — vispār or neiedomājams. Citiem vārdiem, no neliela vielas daudzuma var iegūt milzum daudz enerģijas, ja tikai atrastu paņēmienu, kā to izdarīt. Un Meitnere šo fokusu atklāja.

 5. Viņš kļuva par maģiskā nelaimes gadījuma upuri un viņam tas patika. Taču jūs to jau ziniet.

 

6. Runā, ka katra formula divas reizes samazina populārzinātniskas grāmatas pārdošanas daudzumu. Tās ir muļķības — ja tas tā būtu, tad jau tiktu pārdots tikai katrs astotais Imperatora Rodžera Penrouza Jaunā Saprāta eksemplārs, taču patiesībā tika pārdotas simtiem tūkstošu grāmatu. Tomēr, gadījumā, ja tā patiešām it patiesība, mēs izmantojām savu ceļu, lai aprakstītu šo formulu un divas reizes palielinātu pirkšanas potenciālu. Jūs visi ziniet, par kādu formulu mēs runājam. Simbolisku tās pierakstu var atrast Stīvena Hokinga Īsās Laika Vēstures 118. lapaspusē, tā kā, ja mīts ir patiesība, tad viņš būtu varējis pārdot divas reizes vairāk eksemplāru — satraucoša doma. }

 Viens vienīgs vienādojums var samazināt grāmatas pārdoto tirāžu uz pusi, bet var arī nesamazināt, taču tas, ka tas var pilnīgi izmainīt pasauli — tas ir fakts.

Hāns, Meitnere un Štrasmans publicēja savu atklājumu britu zinātniskajā žurnālā Nature 1939. gada janvārī. Pēc deviņiem mēnešiem Britānija tika ierauta karā, kas beidzās tieši ar viņu atklājuma militāru pielietojumu. Tajā ir sava daļa ironijas: lielākais Otrā pasaules kara zinātniskais noslēpums tika nodots atklātībā tieši pirms tā sākuma un tas rāda, cik ļoti politiķi nebija informēti — vai tas bija labi vai slikti? - par Lielās Zinātnes potenciālu. Fermī uzreiz saprata Nature raksta nozīmi un uzaicināja citu augstas klases fiziķi Nīlu Boru, kas ienesa jaunu pagriezienu: ķēdes reakciju. Ja konkrēts, rets urāna veids ar nosaukumu urāns-235 tiek bombardēts ar lēnajiem neitroniem, tas ne tikai sašķeļas citos elementos un izdala enerģiju, bet turklāt, izdala arī citus neitronus... kuri savukārt, bombardē jaunu urāna-235 porciju... Reakcija sāk sevi uzturēt pati, bet enerģijas daudzums, kas izdalās, kļūst vienkārši gigantisks.

Vai tas nostrādās? Vai tādā veidā var iegūt kaut ko «vienkārši tāpat par brīvu»? Noskaidrošana nelikās viegls darbs, tāpēc ka urāns-235 ir sajaukts ar parasto urānu (urānu-238) un izdalīt to ir tas pats, kā meklēt adatu siena kaudzē, ja adata ir izgatavota no salmiem.

Bija arī citi iemesli, lai uztrauktos... konkrēti, vai eksperiments nevar izrādīties tik «sekmīgs», ka iesākot ķēdes reakciju, tā izplatīsies ne vien uz eksperimenta mērķi — urānu-235, bet aptvers arī visu Zemeslodi? Vai atmosfēra nevar aizdegties? Aprēķini liecināja, ka nevar. Turklāt, uztrauca arī tas, ka, ja Sabiedrotie nepiespiedīs strādāt kodoldalīšanos, tad vācieši viņus var apsteigt. Domās vīdēja divi ceļi: mēs uzspridzināsim pasauli, vai arī ienaidnieks to izdarīs — izvēle bija acīmredzama.

Ja padomā, tad tas nemaz nav jautri.

***

Loko ir ļoti līdzīgs Oklo Gabonas dienvidaustrumos, kur atrodas urāna raktuves. 1970-tajos gados

franču zinātnieki atklāja, ka zināms šī urāna daudzums, vai nu pārcieta neparasti intensīvas kodolreakcijas, vai arī ir daudz, daudz vecāks par pārējo planētu.

Tas varēja būt kaut kādas senas civilizācijas arheoloģisks relikts, tās tehnoloģija varēja jau būt sasniegusi atomenerģijas līmeni, taču piemērotāks, kaut arī daudz garlaicīgāks izskaidrojums tam bija tāds, ka Oklo ir «dabisks reaktors». Kaut kādas nejaušības dēļ dotajās urāna iegulās tās ir bagātākas ar urānu-235 nekā parasti, tāpēc spontāna ķēdes reakcija tur notiek simtiem tūkstošu gadu. Daba ir apdzinusi zinātni arī bez skvoša laukuma.

Ja, protams, tas tomēr nav senas civilizācijas relikts.

Līdz 1998. gada beigām Oklo dabiskais reaktors bija arī labākais atrastais pierādījums tam, ka vienam no lielākajiem jautājumiem «kas būs, ja?» zinātnes vēsturē ir neinteresanta atbilde. Šis jautājums ir : «Ja nu dabas konstantes nav tādas?»

Mūsu zinātniskās teorijas balstās uz daudziem skaitļiem - «fundamentālajām konstantēm». Piemēri ir ietver tādas lietas kā: gaismas ātrums, Planka konstante (kvantu fizikas bāze), gravitācijas konstante (gravitācijas teorijas bāze), elektrona lādiņš utt. Esošās teorijas nosaka, ka šie lielumi vienmēr ir bijuši vieni un tie paši no Visuma pirmsākumiem. Mūsu aprēķini par paša agrīnā visuma dabu nosaka to, ka šie skaitļi nav mainījušies, ja tie būtu citādi, tad mēs nezinātu, ko likt iekšā šajos aprēķinos. Tas būtu tāpat, kā aprēķināt ienākumu nodokli, ja nav zināma procentu likme. Laiku pa laikam, viens vai otrs zinātnieks izvirza tādas vai citādas teorijas no operas «kas būtu, ja?», kurās viņi apskata iespējas, ka viena vai vairākas fundamentālās konstantes nav nemainīgs lielums. Fiziķis Lī Smolins izvirzīja pat attīstošos visumu teoriju, no kuriem atšķeļas visumi-mazuļi ar citām fundamentālām konstantēm. Saskaņā ar šo teoriju, mūsu Visums īpaši labi rada šādus mazuļus un vispār, ļoti labi ir piemērots, lai tajā attīstītos dzīvība. Viņš pierāda, ka šo divu faktoru savienojums nav nejaušs (starp citu, NU brīnumdari jutās kā savās mājās ar idejām, kas līdzīgas šai — īstenībā ļoti attīstīta fizika nav atšķirama no maģijas).

Oklo apliecina, ka fundamentālās konstantes nav mainījušās pēdējo divu miljardu gadu laikā — tā ir aptuveni puse no Zemes vecuma un desmit procenti no Visuma vecuma. Šī fakta noskaidrošanas atslēga bija īpaša fundamentālo konstanšu kombinācija, kas pazīstama ar nosaukumu «smalko struktūru konstante» (7). Tās lielums ir ļoti tuvs 1/137 (un daudz tintes tika iztērēts, lai izskaidrotu šo veselo skaitli 137, vismaz līdz tam laikam, kad precīzāki mērījumi nepierādīja, ka skaitlis ir 137,036). Smalko struktūru konstantes priekšrocība ir tā, ka tās lielums nav atkarīgs no mērvienību izvēles — piemēram, atšķirībā no gaismas ātruma, kas skaitliski ir savādāks, ja to mēra jūdzēs sekundā vai kilometros sekundē. Krievu fiziķis Aleksands Šļahters izanalizēja dažādus ķīmiskus savienojumus Oklo reaktora «kodolatkritumos» un izskaitļoja, cik lielai bija jābūt smalkās struktūras konstantei pirms diviem miljardiem gadu, kad reaktors strādāja.

Rezultāts sakrita ar pašreizējo lielumu līdz sestajam ciparam pēc komata ieskaitot.

 {7. Smalkās struktūras konstante pēc definīcijas ir elektrona lādiņš kvadrātā, dalīts ar divkārtēju Planka konstanti, kas reizināta ar gaismas ātrumu un dielektrisko caurlaidību vakuumā (ērtu melu veidā, pēdējo lielumu var iedomāties kā «vakuuma reakciju uz elektrisko lādiņu»). Paldies par uzmanību.}

 Taču 1998. gada beigās astronomu grupa Džona Veba vadībā veica ļoti precīzus gaismas ātruma mērījumus, pētot gaismu, kas nāk no ļoti tāliem, taču ļoti spilgtiem objektiem, ko sauc par kvazāriem. Viņi atklāja nelielas izmaiņas dažās gaismas īpašībās, ko sauc par spektra līnijām, kas saistītas ar dažāda tipa atomu svārstībām. Rezultātā, viņi atklāja, ka pirms vairākiem miljardiem gadu, daudz ātrāk, nekā parādījās Oklo reaktors — atomi svārstījās ar savādāku ātrumu, nekā tagad. Agrīnā Visuma ļoti vecos gāzu mākoņos smalkās struktūras konstante atšķiras no mūsdienu lieluma par vienu piecdesmittūkstošo daļu. Pēc fizikas dotās nozares standartiem tā ir milzīga novirze. Cik nu kāds var spriest, tāds nenoteikts lielums nav eksperimenta kļūda. 1994. gadā izteiktā Tibolta Damūra un Aleksandra Poļakova teorija patiešām pieļauj to, ka smalkās struktūras variācijas ir iespējamas, taču tikai kā viena desmittūkstošā no lieluma, ko ieguva Veba grupa. Viss tas ir visai nenoteikti un lielākā teorētiķu daļa saprātīgi nogaida turpmāko pētījumu rezultātus, [neizvirzot jaunas teorijas]. Taču tas var būt arī mājiens: iespējams, mums drīz nāksies piekrist tam, ka fizikas likumi laika un telpas nomalēs bija nedaudz savādāki. Iespējams, ne bruņurupučveidīgi, taču... citi.