Это письмо оказалось значительно длиннее, чем я предполагал, и мне уже пора вернуться к приготовлениям. Итак: мы посмотрим, удастся ли нам приехать в этом году в Россию, но, к сожалению должны сказать, что это маловероятно; мы надеемся, что у Вас все в порядке и посылаем наши наилучшие пожелания.
Искренне Ваш
Пол Андерсон.
Айзек Азимов
Стабильная середина[118]
Вчера вечером я сидел за пианино и наигрывал что-то одной рукой. У меня не было своего инструмента до 1950 года, но даже в том возрасте я великолепно помнил, чему меня учили в четвертом классе про нотные линейки, ноты, диезы и бемоли.
Когда у меня появилось пианино, я начал наигрывать ноты знакомых мелодий (у меня хороший слух) и пытался сравнивать их с музыкальной записью. Таким образом, я постепенно научился читать ноты, хотя и очень примитивно.
И вчера вечером, прислушиваясь к мелодиям «Мой старый дом в Кентукки», «Старики у себя дома» и некоторым другим простым песням, которые я подбирал без нот, я вздохнул и сказал моей дорогой жене Дженет: «Если бы у меня в детстве было пианино, и я мог бы потратить на него сколько угодно времени, то я бы, наверное, долбил бы его до тех пор, пока не научился брать аккорды и играть серьезную музыку на слух. Кто-нибудь наверняка помогал бы мне в самых сложных местах, и к зрелым годам я вполне бы смог развлекать себя игрой, хотя вряд ли можно было ее счесть превосходной».
Дженет, которая в детстве брала уроки игры на пианино и как раз может развлекать себя игрой, тепло посочувствовала, как обычно.
Но потом я стал искать в этом положительную сторону, поскольку не люблю расстраиваться подолгу, и сказал: «Конечно, пришлось бы при этом потратить кучу времени и безвозвратно убить при этом довольно значительную часть своей жизни».
Это Дженет поняла, потому что она давно смирилась с мыслью, что я привык считать бесцельно потраченным любое время, когда не пишу (за исключением тех минут, что провожу с ней — если это не слишком долго).
А потому и восполняю время, проведенное вчера вечером за пианино, тем, что пишу об этом эпизоде — и теперь, чтобы не терять больше времени, я продолжу писать, хотя и совершенно о другом.
Все мы знаем, что можно извлекать энергию из ядер атомов, если делить их на более мелкие части (ядерное расщепление), или соединять в более крупные (ядерный синтез).
Тут кому-нибудь в голову может прийти, что можно получить неограниченное количество энергии, попеременно то расщепляя, то соединяя ядра между собой снова и снова. К сожалению, злонамеренная природа предусмотрела подобную идею и предотвратила её посредством законов термодинамики.
Действительно, можно расщеплять тяжёлые ядра и получать энергию, но продукты распада нельзя слить воедино и получить исходное ядро, не приложив по меньшей мере столько же энергии, сколько получилось в результате реакции распада.
Точно так же и лёгкие ядра, которые дают энергию в результате реакции синтеза, нельзя расщепить, не затратив по меньшей мере столько же энергии, сколько выделилось при синтезе.
Если мы проанализируем стихийные изменения, происходящие во Вселенной, то увидим, что тяжелые ядра другом случае появляются ядра, обладающие меньшим энергетическим потенциалом, чем те, которые были вначале; это значит, что частицы, из которых состоит конечный продукт, в целом легче, чем те, из которых состоят исходные ядра.
Если мы представим себе этот процесс, где тяжелые ядра становятся легче, а легкие — тяжелее, мы увидим, что можно вычислить ядро, где содержится наименьшее количество энергии и частицы с минимальной относительной атомной массой. Подобное «среднее» ядро не может далее отдавать энергию, увеличиваясь или уменьшаясь. В дальнейшем с ним не будет происходить никаких изменений.
Стабильная золотая середина представлена ядром железа-56, которое состоит из 26 протонов и 30 нейтронов. К подобному соотношению и количеству протонов и нейтронов в ядре стремятся прийти все ядерные реакции.
Давайте для примера рассмотрим некоторые факты.
Атомная масса ядерной частицы водорода-1 — 1,00797. Двенадцать ядерных частиц углерода 12 имеют относительную атомную массу 1,00000 (это величина, которая определяет единицу ядерной массы). Шестнадцать ядерных частиц кислорода-16 имеют относительную атомную массу 0,999884. (Разница в массе, конечно, невелика, но даже небольшая потеря массы может означать огромное увеличение потенциальной энергии).
С другого конца таблицы Менделеева, 238 ядерных частиц урана-238 имеют относительную атомную массу 1,00012. Масса 197 ядерных частиц золота-197 имеют относительную атомную массу 0,99983, 107 ядерных частиц серебра-107 — 0,99910. Как мы видим, с обоих концов таблицы Менделеева ядра элементов стремятся приблизиться к атомной массе железа-56, в котором атомная масса для ядерной частицы наименьшая. Железо-56 обладает наименьшим энергетическим потенциалом, поэтому этот элемент является наиболее стабильным.
Наиболее распространенные ядерные реакции в нашей Вселенной — реакции синтеза. В первые моменты большого взрыва Вселенная состояла из водорода и гелия (у которых легкие ядра) и больше ничего. С момента большого взрыва 15 миллиардов лет всей истории Вселенной состоят из ядерного синтеза легких ядер в тяжелые.
При этом процессе сформировалось значительное количество тяжелых ядер, одних разновидностей чуть больше, чем других (в зависимости от скорости реакций синтеза), включая количество железа, которого гораздо больше, чем элементов с близкой атомной массой. Таким образом считается, что ядро Земли в основном состоит из железа, что. вероятно, справедливо и в отношении ядер Венеры и Меркурия. Многие метеориты — на 90% из железа. И все это потому, что железо — стабильная золотая середина.
Конечно, встречаются элементы более тяжелые, чем железо. Так как существуют такие условия, при которых скорость реакции ядерного синтеза водорода в железо огромна, и часть энергии не успевает выделиться, а вместо этого поглощается атомами железа, которые увеличивают энергетический потенциал до уровня урана и даже элементов с более тяжелыми ядрами.
Эти более тяжелые ядра присутствуют во Вселенной в ничтожно малых количествах. Собственно, за все 15 миллиардов лет ее существования только небольшая часть материи Вселенной преобразовалось в ядра с атомной массой равной массе железа и меньше. Из всех веществ, образующих Вселенную, водород все еще составляет 90%, а гелий — 9%. Все остальные вещества, образованные в результате синтеза, составляют только 1% от общего количества.
