Читать книгу: «Элементы жизни», страница 2

Средство против монахов

Любопытные истории открытия химических элементов запоминаются, почти как детские сказки. Взять хоть сурьму – элемент под номером 51, названный по-латыни stibium (Sb), который после исследования его свойств, с конца XVIII в. Прослыл в Западной Европе в качестве антимония (antimoine).

Moine – по-французски значит «монах». Следовательно, слово antimoine можно перевести на русский как «средство против монахов». С названием «антимоний» как раз и связана забавная легенда об открытии сурьмы, красочно описанная Ярославом Гашеком в рассказе «Камень жизни». По Гашеку, якобы дело происходило в 1460 г. в Баварии. Игумен Штальгаузенского монастыря, занимаясь алхимическими поисками философского камня – эликсира жизни, сотворил из пепла сожженного еретика, пепла своего кота и горсти земли некий камень с металлическим блеском. Камень оказался тяжелым и не подошел под описание философского камня – тот слыл невесомым и прозрачным. Игумен выбросил свое произведение на монастырский двор и через некоторое время заметил, что свиньи очень заинтересовались металлическим камнем, поедают его и при этом очень быстро жиреют. Экономный игумен решил применить чудесный камень для питания своих монахов, чтобы они ели меньше, а упитанность их все возрастала. К гречневой каше, сваренной монахам на ужин, он добавил горстку истолченного металла. К утру все сорок монахов скончались в страшных мучениях. Так с тяжелой (или легкой – кому как нравится) руки игумена удивительный металлический порошок прославился как антимоний.

Правда, есть и более прозаическое происхождение названия «антимоний». Немецкий историк Эдмунд Липпман предположил, что оно связано с греческим словом «анемон» (ανεμον – цветок) по виду сростков игольчатых кристаллов сурьмяного блеска, похожих на цветы семейства сложноцветных. Арабское же слово, обозначающее некое косметическое средство, может быть записано по-латыни как ithmid, athmoud, othmod или uthmod (звучит похоже на антимоний, не правда ли?).

Между прочим, выражение «разводить антимонии» вроде бы тоже происходит от химического элемента номер 51. Люди, разводящие антимонии, проявляют излишнюю снисходительность к тем, кто этого вовсе не заслуживает, и утомляют собеседников своими излишне долгими и пустыми разговорами, уподобляясь долгим спорам средневековых алхимиков относительно лечебных свойств сурьмы – антимония. Некоторые считают, что выражение про разведение антимоний происходит от долгого и нудного процесса разведения и растирания гомеопатических снадобий, одним из которых в средние века являлась сурьма. Видимо и тогда не все население Европы серьезно и с доверием относилось к гомеопатам – отсюда ироничность оборота.

Ну и как не вспомнить насурьмленные брови красавиц из русских сказок? Оказывается, русское слово «сурьма» произошло от турецкого sürme, обозначавшего порошок свинцового блеска PbS (соединение свинца с серой), который применялся для чернения бровей. Ну, а причем же здесь настоящая сурьма – самостоятельный химический элемент? Она тоже шла в ход как средство красоты: черная модификация трехсернистой сурьмы (природный порошок сурьмяного блеска Sb₂S₃) применялась уже в 19 в. До н. э. в Древнем Египте под названием mesten или stem в качестве краски для бровей. В Древней Греции этот порошок был известен как stími и stíbi, отсюда – латинский stibium.

И все эти подробности рассказали нам только об одном химическом элементе, расположенном под номером 51 в периодической системе элементов Менделеева. Премного любопытного можно рассказать и о каждом из первых восьмидесяти трех.

Джинсовый элемент

Химический элемент номер под номером 49 в таблице Менделеева назвали индием вовсе не в честь великой азиатской страны. Его имя имеет связь с полюбившейся всему миру джинсовой одеждой. Традиционный цвет джинсов – сине-фиолетовый, иначе – индиго. Натуральный краситель «индиго» получил свое наименование от рода растений рода Indigofera, издревле произраставших на территории нынешних Китая, Кореи и Японии, но названных почему-то в честь реки Инд. Очень редкий металл индий был открыт именно благодаря цвету «индиго». И вот как это случилось.

В 1863 г. немецкие химики Т. Рейх и Ф. Рихтер решили исследовать методом спектрального анализа цинковую руду, найденную вблизи Фрейберга в Саксонии. Они надеялись обнаружить в ее составе таллий – редкий элемент, открытый за год до этого англичанином Уильямом Круксом как раз с помощью спектроскопического исследования шлама, присланного с одного из немецких сернокислотных заводов. В полученном спектре Рейх и Рихтер искали ярко-зеленую спектральную линию таллия, но вместе с нею обнаружили неизвестную для них линию цвета известного красителя «индиго». Темно-синий краситель и дал имя новому элементу. Свое название индий оправдывает также изменением окраски пламени. Если внести кусочек индия в пламя свечи или горелки, то огонь станет сине-фиолетовым. Найдете индий – попробуйте!

А если не найдете, то подойдите к зеркалу и хорошенько присмотритесь к своему изображению. Свитер наяву кажется несколько иного оттенка, чем его отражение в зеркале? Тогда… Нет, не обязательно зеркало сделали в Китае. Скорее всего, в серебряную изнанку зеркала не добавили индия, и поэтому цвета оно отражает не совсем точно. И серебряное, и оловянное, и ртутно-висмутовое зеркала, и зеркало из полированной пластинки нержавеющей стали или иного металла – все они имеют одинаковый недостаток: падающие лучи света разных цветов отражаются от них по-разному, то есть имеют разный коэффициент отражения света. Зато металл индий одинаково хорошо отражает все части спектра, все его цвета. Значит, не быть зеркалу высококачественным, если в нем отсутствует индий.

Впрочем, на самом деле, глядя в зеркало, не содержащее индия, человеческий глаз не в состоянии заметить неточное отражение цвета. Так что не грешите на зеркало, если ваш свитер потерял яркость красок. Однако для астрономов, исследующих свет далеких звезд, даже столь незаметные искажения цвета совершенно недопустимы – ученые могут сделать неправильные выводы о строении нашей Вселенной. Поэтому в телескопах устанавливают абсолютно объективные к любого цвета световым лучам индиевые зеркала.

Ни в коем случае не подумайте, что все сделанное из индия имеет синий цвет. Металл индий вовсе не синий и не фиолетовый. Он серебристо-белый в разрезе, а поверхность его красиво блестит, потому что на воздухе индий не покрывается матовой пленкой окисла, как другие металлы – он практически не взаимодействует с кислородом. Индий так мягок, что его можно резать ножом, а палочками из индия получится рисовать на бумаге. Но зеркала, конечно, делают не целиком из индия. Этот редкий металл в очень небольших количествах добавляют к серебру, которым покрывают тыльную часть стеклянного зеркала. Прибавка индия усиливает зеркальный блеск и предупреждает потускнение. Рассказывают, что во время массированных налетов немецкой авиации на Лондон в годы второй мировой войны зениткам здорово помогали прожекторы английской противовоздушной обороны. Блеск их лучей «пробивал» плотный лондонский туман благодаря индию, который использовался для изготовления прожекторных зеркал. Правда, индий плавится всего при 156°С, поэтому зеркало во время работы прожектора приходится охлаждать. А один из сплавов индия со свинцом, висмутом и еще несколькими металлами имеет температуру плавления всего 46,5°С. Чайная ложечка из такого сплава прямо на глазах растаяла бы в горячем чае. Впрочем, никому и не придет в голову делать из индия чайные ложки, ведь во всем мире добывают в год всего несколько тонн индия: он очень редко встречается в природе и никогда не бывает главным компонентом минерала, в котором его находят. Именно по этой причине индий был открыт людьми так поздно.

Металлурги относят индий к группе рассеянных редких металлов. Это означает, что в лучшем случае индий можно встретить в виде ничтожных примесей к рудам других металлов. Собственно индиевые минералы – рокезит CuInS₂, индит FeIn₂S₄ и джалиндит In (ОН) ₃ – чрезвычайно редки. Еще реже встречается самородный индий. В рудах других металлов его содержание обычно куда меньше 0,05%. Такие крохи индия добыть непросто.

Руды редких металлов имеют обычно сложный состав и часто содержат сразу несколько ценных для промышленности металлов. Поэтому редкие металлы извлекать приходится комплексно, а уж затем их разделяют. Это занятие очень сложное, поскольку требует знания свойств и особенностей каждого металла. Если говорить об индии, то его чаще добывают из цинковой руды, иначе – сфалерита (ZnS). Он извлекается попутно вместе с галлием, таллием и германием. Именно благодаря своим попутчикам индий был открыт при поисках таллия.

До 30-х годов ХХ века люди не знали, куда применить своеобразные свойства индия: для металлических конструкций он слишком мягок и дорог, к тому же легкоплавок. И вот по ходу технического прогресса применение постепенно нашлось. Сначала выяснилось, что сплав мягкого индия с пластичным свинцом оказывается гораздо прочнее и тверже, чем каждый из этих металлов в отдельности. Поэтому индий стали использовать для изготовления подшипниковых сплавов. Причем сплав научились получать прямо на поверхности подшипника. Электролитическим способом на стальную основу подшипника наносят тонкий слой серебра. Назначение этого слоя – придать подшипнику повышенное сопротивление усталости. Поверх серебряного слоя таким же образом наносят слой пластичного свинца, а на него – слой еще более пластичного индия. Затем подшипник нагревают для лучшего проникновения индия в свинцовый слой. Диффузия индия в свинец и свинца в индий образует на поверхности подшипника прочный свинцово-индиевый сплав. Четырехслойная (считая и стальную основу) конструкция в пять раз увеличивает срок службы подшипника по сравнению с обычными. Поэтому такие подшипники до сих пор устанавливают в авиационных и автомобильных двигателях.

Добавляя индий в сплавы с другими металлами, используют и другие его драгоценные свойства – например, высокую стойкость к действию едких щелочей и морской воды. Стоит чуть-чуть индия прибавить к меди, и этот сплав уже хорош для изготовления обшивки нижней части корабля. Такая обшивка легко противостоит длительному воздействию все на свете разъедающей морской соли.

Иногда индий и его сплавы применяют в качестве припоя. В расплавленном состоянии они хорошо прилипают ко многим металлам, керамике, стеклу, а после охлаждения соединяются с ними накрепко. Припои из индиевых сплавов используют в производстве полупроводниковых приборов.

Кстати, полупроводниковая промышленность ныне стала основным потребителем индия. Некоторые соединения «джинсового элемента» с элементами V группы таблицы Менделеева (азот, фосфор, ванадий, мышьяк, ниобий, сурьма, тантал, висмут, дубний) обладают ярко выраженными полупроводниковыми свойствами. Наибольшее значение приобрел антимонид индия, электропроводность которого особенно сильно меняется под действием инфракрасного излучения. Он стал основой инфракрасных детекторов – приборов, способных видеть в темноте нагретые предметы. Получают это соединение очень просто – нагревают смесь индия и сурьмы в условиях вакуума в кварцевых ампулах.

Арсенид индия InAs (соединение индия с мышьяком) применяется тоже в инфракрасных детекторах и в приборах для измерения напряженности магнитного поля. Для производства квантовых генераторов, солнечных батарей, транзисторов и других приборов перспективен и фосфид индия (соединение индия с фосфором). Только получить это соединение очень трудно: оно плавится при 1070° C и одновременно разлагается. Так что приходится получать фосфид индия только в реакторе при высоком давлении паров фосфора – порядка десятков атмосфер.

Примесь индия придает германию дырочную проводимость. Это свойство лежит в основе технологии изготовления многих типов германиевых диодов. Делают диоды вот как. К пластинке германия n-типа прижимается контактная игла, покрытая слоем индия, который во время формовки вплавляют в германий, создавая в нем область p-проводимости. А если два шарика индия вплавить с двух сторон германиевой пластинки, то тем самым создается p-n-p-структура – основа транзисторов.

Сегодня индий стал очень современным металлом, можно сказать, модным. Потому что более 80% спроса на него создают производители жидкокристаллических мониторов, плазменных телевизоров и светодиодов. Из оставшихся двадцати процентов спроса на индий одиннадцать обеспечивают металлурги, производящие специальные сплавы. При этом мировая добыча первичного индия составляет лишь 50% рыночного предложения, или примерно 500 т. Остальная половина – вторичный металл, получаемый при переработке лома.

Индиевым сплавам с серебром, оловом, медью и цинком свойственна высокая прочность, коррозионная стойкость и долговечность. Поэтому их применяют для изготовления зубных пломб. Индий здесь играет ответственную роль: он сводит к минимуму усадку металла при затвердевании пломбы.

Авиаторы хорошо знакомы с цинково-индиевым сплавом, служащим антикоррозионным покрытием для стальных пропеллеров. Тончайший слой из олова и окиси индия используют для обработки поверхности ветровых стекол самолетов. Такие стекла не замерзают, на них не появляются ледяные узоры, мешающие обзору. Кстати, сплавы индия широко используются в вакуумной технике для склеивания стекла с металлами.

Некоторые сплавы индия приглянулись ювелирам. Зеленым золотом назвали они декоративный сплав 75% золота, 20% серебра и 5% индия. А небезызвестная американская фирма «Студебеккер» вместо хромирования наружных деталей автомобилей применила индирование. Индиевое покрытие значительно долговечнее хромового.

В атомных реакторах индиевая фольга служит контроллером, измеряющим интенсивность потока тепловых нейтронов и их энергию. Сталкиваясь с ядрами стабильных изотопов индия, нейтроны превращают их в радиоактивные. При этом возникает поток электронов, по интенсивности и энергии которого судят о нейтронном потоке.

Вообще, природный индий состоит из двух изотопов с массовыми числами 113 и 115. Причем доля более тяжелого из двух изотопов значительно весомее – 95,7%. До середины XX века оба эти изотопа имели репутацию стабильных. Однако в 1951 году ученые установили, что индий-115 все же подвержен бета-распаду и постепенно превращается в олово-115. Правда, процесс этот протекает крайне медленно, потому что период полураспада ядер индия-115 очень велик – 6 • 10¹⁴ лет. Оттого-то и не удавалось долгое время заметить радиоактивность, присущую индию. К нашему времени получено уже около 20 радиоактивных изотопов индия.

Как далеко продвинулось человечество всего за двести лет! В восемнадцатом веке химические элементы ученые называли простыми телами, и великий французский химик Антуан Лавуазье насчитывал их всего пять. В «Таблице простых тел», которую составил Лавуазье, в числе пяти простых тел, относящихся ко всем трем царствам природы (свет, теплота, кислород, азот, водород), из всех химических элементов упомянуты только кислород и водород.

(Между прочим, великий ученый, инженер и просветитель Антуан Лавуазье, совершивший революцию в химии, был отправлен 8 мая 1794 года на гильотину трибуналом Великой Французской революции. Он опровергал взгляды на мир, которых придерживался Марат – один из вождей этой революции.)

А через сто лет после Лавуазье ученые открыли 63 химических элемента, разбираясь в свойствах веществ. Спустя двести лет – в двадцатом веке – люди убедились, что элементов 118, и это еще не предел. То есть половина известных нам элементов обнаружилась в природе, а остальные пришлось искать очень долго с помощью сложной техники. Отчего? Эту тайну откроет нам удивительное явление – радиоактивность.

Глава 2. Удивительная радиоактивность

Вначале было… поле

Считается, что Вселенная появилась около 14 миллиардов лет назад. Так утверждает общепринятая сегодня космологическая модель Вселенной. Согласно современным представлениям, возраст Вселенной – это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого взрыва до настоящего времени, если бы в момент Большого взрыва кто-нибудь засек время на этих часах. А поскольку в момент творения на месте события свидетелей не было, то хронология развития Вселенной оценивается с помощью косвенных признаков. Современная наука располагает, как минимум, тремя надежными способами оценки возраста Вселенной.

Первый из них отталкивается от возраста старейших во Вселенной звезд – белых карликов. Возраст белых карликов можно оценить, измеряя их яркость. Самые старые белые карлики – более холодные и потому менее яркие. Обнаружив слабо светящийся белый карлик, можно оценить продолжительность времени, в течение которого он охлаждался. Эту оценку проделали Освальт, Смит, Вуд и Хинтцен. Свои результаты они опубликовали в 1996 году в журнале «Nature». По их данным, возраст звёзд основного диска Млечного пути составляет около 9,5 миллиардов лет. Вселенную же эти ученые сочли минимум на 2 миллиарда лет старше звёзд диска Млечного пути, то есть более 11,5 миллиардов лет.

Второй способ узнать возраст Вселенной – оценить возраст самых старых шаровых скоплений звёзд. Этот метод с девяностопятипроцентной вероятностью показал, что возраст Вселенной больше, чем 12,1 миллиардов лет.

И, наконец, возраст Вселенной можно узнать, оценив длительность жизни химических элементов. Для этого используют явление радиоактивного распада – оно дает возможность определить возраст определённой смеси изотопов. Ведь каждый химический элемент, встречающийся на Земле, чаще всего представляет собой смесь своих изотопов.

Химические элементы появились во Вселенной лишь на самых поздних этапах ее существования. А в начале всего сущего не было ничего, то есть совсем ничего – даже пустоты не существовало. Потому что пустоту можно ощутить, когда есть ее противоположность – наполненность чем-нибудь. Что же тогда было, когда не было ничего?

Случилась инфляция, считают физики-теоретики. Не удивляйтесь! То самое знакомое нам в быту и неприятное понятие, влекущее за собой ухудшение жизни государства и отдельных его граждан, оказалось виновником появления нашей Вселенной. И было это, как в сказке.

Нечто – назовем его полем – каким-то образом было распределено в некоем пространстве. И вдруг в одной точке этого поля (физики назвали поле инфлатонным от слова «инфляция») случайно, по неизвестной причине, образовалась флуктуация (от лат. Fluctuatio – отклонение от среднего значения) – что-то вроде крошечного прыщика размером 10^—33 см. Если вспомнить, что масса элементарной частицы под названием протон (ядра атома водорода) равна 10^—13 см, то становится ясно, что прыщик, давший начало Вселенной, был во столько же раз меньше протона, во сколько раз невидимый глазу протон меньше Луны. Зато теперь Луна по отношению к современной Вселенной имеет примерно тот же размер, что имел первоначальный прыщик в сравнении с ядром атома водорода. Но не будем отвлекаться от инфляционной теории появления Вселенной.

Итак, случайный прыщик почему-то стал набухать и увеличил свой размер на целых шесть порядков, то есть в миллион раз – до 10^—27 см. Это были первые мгновения жизни нашей Вселенной. На таком масштабе размера флуктуации уже действуют известные сегодня человечеству основные законы физики. Они-то и нарисовали ученым картину происшествия, названного Большим взрывом. Оказывается, достигнув размера 10^—27 см, согласно физическим законам, прыщик (то есть флуктуация) начинает очень быстро увеличиваться в размерах, а инфлатонное поле стремится занять положение, в котором его энергия минимальна.

Звучит сложно, но представить себе это очень просто. Вообразите снежное плато, заканчивающееся крутым склоном. Дунул ветер в сторону склона, появился крошечный холмик снега, спрессовался в снежок. Ветер снова подул, снежок оторвался от плато и покатился по склону, устремляясь вниз – там его потенциальная энергия будет минимальной. Снег налипает на снежок, снежок быстро растет в размерах. И чем круче склон, тем стремительнее катится, катится и растет, растет снежок… И вот он уже целой лавиной низвергается вниз… и в конце-концов рассыпается в снежную пыль.

Такую живописную картину нарисовал Сергей Рубин, рассказывая об инфляционной теории расширения Вселенной, предложенной всего 30 лет назад российским физиком А. Старобинским и американцем А. Гутом – автором физического термина «инфляция».

Лавинообразно, всего за 10^—35 секунды, первоначальный прыщик вырос в 10²⁷ раз, и Вселенная уже оказалась размером в 1 см. Прыщ созрел, инфляция закончилась. Но накопленная во время созревания и роста кинетическая энергия требовала выхода. Она нагрела и взорвала набухший до предела прыщ – сантиметровую Вселенную. Этот взрыв кинетической энергии, названный Большим взрывом, при невообразимо высокой температуре родил первые частицы нашего мира, которые начали разлетаться во все стороны. И разлетаются они до сих пор. Так что наша Вселенная продолжает расширяться.

Инфлатонное поле и сейчас продолжает существовать и флуктуировать. Но только мы, наблюдая процесс изнутри Вселенной, не в состоянии увидеть ни инфлатонное поле, ни его другие отклонения: маленькая область всего лишь одной флуктуации превратилась в нашу колоссальную Вселенную, границ которой не может достигнуть даже свет.

Сразу после окончания инфляции внутренний наблюдатель (если бы он был) увидел бы Вселенную, заполненную энергией в виде частиц и квантов света – фотонов. Если всю энергию, которую мог бы измерить наблюдатель, перевести в массу частиц, то мы получили бы примерно 10⁸⁰ кг. Представить себе это огромное число трудно, но возможно. И вот как мы это попытаемся сделать.

Американский исследователь Роберт Фрейтас в своей монографии «Наномедицина» подсчитал, что во взрослом мужчине весом 70 кг 300 г содержится примерно 6,71 • 10²⁷ атомов. На планете Земля живет почти 7 • 10⁹ людей. То есть атомов в организме каждого из нас больше, чем жителей Земли, в миллиард миллиардов раз. Число, чуть большее 10⁸⁰, получится, если три раза перемножить между собой число атомов в человеческом организме – именно столько килограммов весят все частицы, наполняющие собой нашу Вселенную.

Факт расширения Вселенной 70 лет назад обнаружил американский астрофизик Эдвин Хаббл. Он заметил, что красный свет от далеких галактик имеет более интенсивный цвет, чем красный свет от галактик более близких. Возникло предположение, что более далекие галактики удаляются с большей скоростью. Наблюдения показали, что удаляются друг от друга не звезды и даже не отдельные галактики, а целые скопления галактик, Потому что звезды и галактики связаны друг с другом гравитационными силами и образуют устойчивые структуры. И в каком направлении ни посмотришь, кажется, что скопления галактик разбегаются от Земли с одинаковой скоростью и что наша галактика является центром Вселенной. Но это только кажется. Из-за того, что Вселенная расширяется, наблюдатель в любой точке космического пространства увидит одну и ту же картину – все галактики удаляются от него.

Этот, казалось бы, простой астрономический факт заставил полностью пересмотреть все космогонические концепции – так ученые называют теории возникновения и развития Вселенной. Появилась новая физика – физика возникающих и исчезающих миров.

Логика подсказала, что разлет вещества во Вселенной обязан иметь начало. Значит, все галактики должны отправиться в разные стороны из одной точки – точки Большого взрыва. И отзвуки Большого взрыва должны были сохраниться до наших дней. Но в каком виде – никто не знал. И потому никто не искал. Отзвуки обнаружили в 1964 году американские радиоастрономы Р. Вильсон и А. Пензиас в виде реликтового электромагнитного излучения с температурой около 3° по шкале Кельвина (-270°С). Именно это неожиданное открытие подтвердило предсказанный теоретиками Большой взрыв, породивший Вселенную.

Теория Большого взрыва позволила разобраться во многих загадках. Но еще больше загадок остались неразгаданными. А к ним добавились и новые. Например, теория предсказывала для Вселенной размер всего в 1 см, но мы-то воочию видим, каковы истинные размеры этого космоса. Непонятна была и причина чудовищного начального разогрева Вселенной до температуры более 10¹³ К. Одним словом, теория Большого взрыва требовала развития и уточнения. Прорывом в космологии и астрофизике стала теория инфляции – самое значительное открытие астрофизики за последние 30 лет.

Решающие предсказания, блестяще подтвердившиеся экспериментами, сделали о стадии инфляции Вселенной российские физики Алексей Старобинский и Вячеслав Муханов, за что в 2009 году они получили одну из самых престижных наград в астрофизике – премию Tomalla Prize. До этой пары наших соотечественников ее удостоился лишь один российский физик-теоретик – Андрей Сахаров.

Очень много любопытного и фантастического открыла теория инфляции Вселенной. Как рассказывал Алексей Старобинский журналистам, для доказательства своей теории он, подобно палеонтологу, пытавшемуся в вечной мерзлоте отыскать кости доисторических животных, искал «кости», которые должны были остаться от ранней Вселенной. «Что такое найти в грунте кость в буквальном смысле? – пояснял А. Старобинский в одном из интервью [5], – Это означает среди песка или почвы наткнуться на неоднородность. Было предположение, что такие же неоднородности со специфической структурой во Вселенной от инфляции обязательно остались».

Воспользовавшись моделью Старобинского инфляции Вселенной, Вячеслав Муханов предположил, что все, что мы видим и ощущаем во Вселенной, и даже то, чего мы не видим и не ощущаем, – то есть все структурные элементы нашего мира – все это образовалось благодаря квантовым флуктуациям: отклонениям от среднего на квантовом уровне, уровне микромира. Муханов доказал, что на стадии ускоренного расширения Вселенной квантовые неоднородности усиливаются ровно настолько, насколько это нужно для того, чтобы впоследствии из них получились галактики и другие структуры во Вселенной. Без них наша Вселенная напоминала бы собой пустыню. Так микромир определил развитие макромира.

По мнению Вячеслава Муханова, Вселенная является очень мощным усилителем, который растягивает и преобразовывает ничтожно маленькие флуктуации, существующие в микроскопических масштабах, в галактики и даже в гораздо большие структуры. То, что обычно считалось важным лишь в масштабе размеров атома, оказалось существенным в колоссальных масштабах.

В 1979 году Алексей Старобинский сделал очередное предсказание: должен быть ещё один реликт стадии ускоренного расширения Вселенной, а именно огромной длины гравитационные волны, которые могли рождаться только на этой стадии. Если космический телескоп Планк (Plank) сможет этот реликт измерить и показать, то это станет окончательным подтверждением инфляционной модели, последним штрихом, завершающим общую картину.

В представлении многих космология еще недавно была чем-то вроде натурфилософии. Экспериментальных данных каких-нибудь сорок лет назад было очень мало – уровень технического развития даже самых могучих стран тогда был недостаточным для создания мощных космических телескопов. В 1980-е годы все очень хотели, но никак не могли найти флуктуации реликтового излучения. Одним из первых инициаторов их поиска на радиотелескопе РАТАН-600 в СССР, на Северном Кавказе, был физик-теоретик, академик АН СССР Яков Зельдович. Но из-за недостаточного уровня чувствительности радиотелескопа, советские ученые флуктуаций не нашли. Их обнаружил в 1992 году американский спутник СОВЕ, за что лидер работавшей со спутником исследовательской группы Джордж Смут получил Нобелевскую премию по физике.

С этого и началась эпоха значительных космологических измерений, подтверждавших предсказания теории инфляции. Независимо обнаружился и еще один неожиданный факт. Наблюдения удалённых сверхновых звезд выявили недостающее вещество Вселенной – целых 70 процентов ее объема. Оно затаилось в виде темной энергии.

Космология преподнесла много сюрпризов. Один из них состоит в том, что наша Вселенная – вовсе не единственная. Это следствие инфляционной теории. В 1984 году Алексей Старобинский разработал стохастический подход в теории инфляции – предположил, что инфлатонное поле описывается случайным потенциалом. Это означает, что флуктуации в инфлатонном поле могут возникать случайно и в любом его месте. Российский физик Андрей Линде, ныне работающий в Стэнфордском университете, в 1986 году продолжил эту мысль Старобинского: если флуктуации могут возникать случайно и где угодно, то они могут возникать в любой момент и не однажды, а происходят постоянно – вечно.

Если вернуться к снежной аналогии рождения Вселенной, то легко себе представить, как постоянные порывы ветра сгребают в поле не один крепкий снежок и не один сугроб. Каждый из таких снежков может оказаться на крутом обрыве и, комом скатываясь вниз, давать жизнь своей вселенной, с ее специфическими параметрами – потому что траектории снежных комов будут разными. Разные вселенные могут существенно отличаться друг от друга. Свойства нашей Вселенной поразительным образом приспособлены к тому, чтобы в ней возникла разумная жизнь. В этом ученые находят проявление так называемого антропного принципа: Вселенная создана для человека. Другим вселенным, наверное, повезло меньше, поэтому мы о них ничего не знаем.

«Вывод о вечной инфляции, полагаю, нужно понимать в таком же общефилософском смысле, как и тезис о вечности материи. Где-нибудь в пространстве и где-нибудь во времени всегда можно найти миры (вселенные), находящиеся на инфляционной стадии, – так охарактеризовал год назад это достижение Андрея Линде Алексей Старобинский. – И поэтому сейчас полностью исчезли иллюзии о возможности однократного божественного сотворения мира. Это было ещё как-то возможным, когда все думали об одном Большом взрыве как о рождении одной Вселенной. А сейчас, когда мы понимаем, что таких вселенных и больших взрывов бесконечное количество, то становится невозможно обсуждать сотворение всего этого единым богом».

Первые мгновения творения

Жизнь Вселенной сегодня принято делить на несколько периодов:

– 10^—45 – 10^—35 с после Большого взрыва. Вселенная начала расширяться и охлаждаться. В этот период гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий.