Чтение онлайн

Без выгорания ядер у самых тяжелых звезд не хватит давления, чтобы поддерживать их существования. Однако и давления от вырождения электронов самым массивным звездам, в отличие от Солнца, недостаточно. Подобные звезды располагают огромными запасами энергии гравитации и с ее помощью лепят из протонов и электронов нейтроны.

Я заговорил о нейтронах, поскольку у неопределенности есть одна странная особенность. До того, как вступит в силу принцип запрета Паули, более тяжелые частицы можно стиснуть сильнее, чем более легкие. Масса нейтрона примерно в 2000 раз больше массы электрона, поэтому свежесформированные нейтронные звезды могут схлопнуться до размеров примерно в 2000 раз меньше, чем белый карлик той же массы. Казалось бы, слова «нейтронная звезда» звучат не так уж страшно, однако держитесь от них подальше. Масса нейтронных звезд в два-три раза больше массы Солнца, а радиус у них всего около пяти километров. По сравнению с обычной звездой сущие крохотульки.

А теперь представьте себе, что у вас есть необычайно жесткое звездное ядро, которое больше уже невозможно сжимать, и оно занимает совсем крошечное пространство. Все вещество внешних оболочек такой звезды вдруг обнаруживает, точь-в-точь как персонаж диснеевского мультика, что пол ушел у него из-под ног. Этот газ, который составляет существенную часть массы звезды, начинает падать — и к тому моменту, когда он ударяется о ядро, он летит со скоростью, очень близкой к скоростью света.

А потом отскакивает.

И налетает на остальное вещество, которое еще не упало на звезду, и получается чудовищный взрыв, который видно из соседних галактик. Это и называется сверхновая, как вы, возможно, знаете.

Сверхновые тоже вносят важный вклад в саму возможность нашего существования. Во-первых, они вбрасывают в галактику энергию и кое-какие относительно легкие элементы — углерод, азот, кислород, железо и т. д. Эти элементы входят в число самых распространенных, и если вы отрежете себе руку и сунете ее в масс-спектрометр, то обнаружите, что состоите в основном из ошметков звезд.

Однако некоторые самые тяжелые элементы вообще не могут создаваться в звездах. Мы уже убедились, что звезда способна создавать лишь элементы легче железа, и при этом вырабатывать энергию, а все, что тяжелее, наоборот, требует больших вложений энергии. В результате все, что тяжелее железа, приходится делать каким-то иным способом, и этот иной способ — взрывы сверхновых. Никель, медь, золото и даже (личный суперменский) криптон — вот лишь некоторые из множества элементов, создать которые без взрывов сверхновых было бы энергетически невозможно.

Мы с вами — результат подобного катаклизма, а скорее двух-трех подобных катаклизмов. Оглядитесь вокруг — и вы увидите мир, полный тяжелых металлов. Из одних мы делаем орудия труда, а из других состоим сами.

Забыть о том, как мы сюда попали, проще простого. Нейтронные звезды — а следовательно, взрывы сверхновых, а следовательно, тяжелые металлы — основаны в конечном итоге на симметрии замещения тождественных частиц. Ведь именно симметрия замещения тождественных частиц и вращательная симметрия фермионов легли в основу принципа запрета Паули, который, в свою очередь, лежит в основе давления вырожденного газа. Какой долгий извилистый путь нам пришлось пройти, чтобы увидеть едва ли не самых странных обитателей нашей вселенной — нейтронные звезды. Помимо всего прочего, они служат нам наглядным напоминанием о том, как необычайно пусто в пространстве при нормальных обстоятельствах и каким неизмеримым могуществом обладает простая симметрия.

Нейтронные звезды окружают нас повсюду, и хотя они совсем невелики, однако очень опасны. Поскольку лучшего примера того, как действует принцип запрета, пожалуй, и не сыщешь, я хотел бы дать вам представление о том, каких значительных плотностей нужно достичь, чтобы включился механизм вырождения.

Проделаем мысленный эксперимент. Предположим, вы хотите взять чайную ложку вещества нейтронной звезды и принести домой. Что будет?

Поскольку плотность нейтронной звезды неимоверно велика, гравитация у нее очень сильная. Вполне можно рассчитывать, что все это схлопнется в черную дыру, а вы окажетесь совсем близко. Именно поэтому нейтронные звезды и не могут набирать массу больше нескольких масс Солнца. Иначе они и в самом деле превратятся в черную дыру.

Так что же произойдет, если у вас хватит глупости приблизиться к этой твари?

Посадка будет очень жесткой. Нейтронные звезды вращаются со скоростью несколько тысяч оборотов в секунду, а магнитные поля у многих из них более чем в 10 миллионов раз сильнее земного. Это скверно повлияет на вас сразу в нескольких отношениях. Во-первых, магнитные поля такого уровня почти наверняка разрушат все, что содержит ферромагнитные материалы (это такое ученое выражение, обозначающее вещества вроде железа, из которых можно сделать магниты), а также ваши компьютерные системы.

Кроме того, сочетание вращения с сильными магнитными полями означает, что у нейтронных звезд, в сущности, налажены свои охранные системы. Вам они, вероятно, известны под названием «пульсары», а состоят они в основном из высокоэнергичного луча, который каждую долю секунды обшаривает небо. Ну и наконец: вы когда-нибудь пробовали сесть на планету, чья поверхность вращается со скоростью несколько тысяч километров в секунду? Сочините об этом научно-фантастический рассказ. Это нелегко.

Однако предположим, что вы можете приземлиться на поверхность нейтронной звезды. Там, конечно, примерно миллион градусов по Кельвину, однако это еще цветочки по сравнению с остальными трудностями, с которыми вы столкнетесь. Гравитация там примерно в 200 миллиардов раз больше, чем на поверхности Земли. Если вас это не настораживает, подумайте, что разница в гравитации между вашими ногами и головой составит примерно 60 миллионов g. Вас практически мгновенно расплющит.

Но вы мне нравитесь, так что поживите еще немного. Мы уже обсуждали особенности конструкции такого устройства для телепортации, какое показано в «Звездном пути», поэтому вполне можем им воспользоваться. Предположим, вы телепортировали чайную ложечку нейтронной звезды из ее ядра прямо в грузовой отсек. Я говорю о ядре, поскольку внешняя кора звезды ничем не примечательна, она в основном состоит из тяжелых элементов вроде железа. Чтобы получить чистый продукт, вам придется копнуть поглубже.

Что же будет потом? Тут-то и начнется настоящее веселье.

Для начала уясните себе, что мы говорим о плотностях примерно в 1018 килограммов на кубометр, то есть в чайную ложку поместится масса порядка 10 миллиардов тонн. Это масса горы приличных размеров.

Внутри нейтронной звезды соблюдается тонкое равновесие между чудовищной гравитацией звезды и давлением вырождения нейтронов. Стоит вынести оттуда нейтроны, и все летит в тартарары. Нет гравитационного давления, чтобы притискивать нейтроны друг к другу, а при этом не надо забывать, что нейтроны находятся в условиях температур в миллионы градусов. Давление газа, мягко говоря, очень велико. Даже если бы вам удалось при помощи телепортатора переместить вещество нейтронной звезды в трюм звездолета, внезапное падение давления привело бы к тому, что газ расширился бы мгновенно, наподобие взрыва. Прикинем объем грузового отсека вашего корабля [91] — он должен быть довольно вместительным — и получим, что чайная ложка чистых высококачественных нейтронов создаст давление примерно в миллион раз больше нормального атмосферного и плотность примерно в 10 миллионов раз больше плотности скалы. Так что, когда будете телепортировать в грузовой отсек вещество нейтронной звезды, сами туда не становитесь. Очень вас прошу.

Если предположить, что расширение нейтронов не сразу разорвало корабль в клочки, худшее еще впереди. Внутри нейтронной звезды давление вырождения мешает нейтронам делать то, к чему их вечно тянет, то есть распадаться. Если нейтрон входит в состав ядра атома, он может продержаться очень долго, но сами по себе они не то чтобы долгожители, по крайней мере по нашим человеческим меркам. По сравнению со многими субатомными частицами, которые живут всего одну миллиардную секунды, а то и меньше, десятиминутная жизнь нейтрона необычайно продолжительна. А по истечении этих 10 минут (в среднем) нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино, которое в обычных обстоятельствах невозможно зарегистрировать.