Книга Бытия. Общая история происхождения - [31]

Вселенная по-прежнему раскалена, но уже скоро она попадет во власть “гения холода”, которая уже не будет ограничена временем, как в опере “Король Артур” Генри Пёрселла. Великий композитор эпохи барокко позволяет своему герою покинуть ледяную усыпальницу, укрытую слоем вечного снега: его будит сила природы, которой не существует во Вселенной. В окружающем нас ледяном пространстве весна не настанет. Персефона, дочь Деметры, похищенная владыкой Аида, съела все зерна граната и больше не сможет выйти на поверхность.

В этом негостеприимном месте нет ничего, что было бы приспособлено к нему лучше протонов. Словно первичные ноты будущего звукового ряда, они должны будут со временем сложиться в целые симфонии. Эти первичные ноты, сочетаясь друг с другом немыслимым количеством способов и отталкиваясь от неизбежной новизны, лежащей у истока всех последующих трансформаций, откроют путь самым неожиданным вариациям и обнадеживающим репризам.

То конкретное значение массы, которое благодаря своему электрослабому взаимодействию с вакуумом приняли электроны, позволит им закрепиться на устойчивых орбитах вблизи первых протонов, и тогда станет возможным образование атомов и молекул. Таким образом возникнут гигантские газовые туманности, из которых смогут родиться первые звезды, а за ними – галактики, а там и планеты, и солнечные системы, и первые живые организмы, становящиеся все сложнее и сложнее, пока наконец, в последний миг, не появимся мы. Эта череда волшебных звуков – только начало. Оставайтесь послушать!

Самая совершенная из жидкостей

От Большого взрыва прошла микросекунда (10^–6, или одна миллионная, секунды), температура превышает десять тысяч миллиардов градусов, и вся Вселенная кипит каким-то странным веществом. Что-то похожее на плазму; это еще одно греческое слово, которым обозначается одна из разновидностей желе, а точнее, что-то пластичное[18]. Мы так называем, например, ионизованный газ: если нагреть его до такой степени, что от атомов оторвутся все их электроны, получится нечто электрически нейтральное, хотя в действительности состоящее из свободных частиц с противоположными зарядами. Но в этой первичной плазме смешаны вовсе не ионы с электронами, а все возможные элементарные частицы, движущиеся с релятивистскими скоростями; прежде всего, это глюоны и кварки. Сильное ядерное взаимодействие при таких температурах очень слабо. Константа связи будет постепенно расти по мере остывания Вселенной, но пока она совсем не так велика, чтобы ограничивать кинетическую энергию частиц для образования связанных состояний.

Получившаяся плазма из кварков и глюонов – это газ, напоминающий по свойствам идеальную жидкость. Его компоненты легко проскальзывают друг сквозь друга, практически не взаимодействуя между собой. Получается совершенная жидкость, лишенная всякой вязкости, обладающая идеальной сверхтекучестью, движущаяся без устали и способная проникать в любую щель, оставшуюся незаполненной. Это разновидность жидкого супа, раскаленного и неосязаемого, и его странные свойства были в подробностях изучены, как только его научились воспроизводить в лабораториях. Это стало возможно относительно недавно, когда были созданы мощные установки, способные сталкивать тяжелые ионы.

Обычно ускорители сталкивают либо точечные частицы вроде электронов, либо в лучшем случае протоны, каждый из которых всего лишь горстка кварков и глюонов. То есть и тогда столкновения с наибольшими энергиями происходят между точечными объектами: точечные элементарные компоненты протонов сталкиваются фронтально, а все остальное в них просто разрушается.

Специальные устройства позволяют вбрасывать в тоннель ускорителя и гонять по кругу тех же самых установок значительно более объемные и сложно устроенные объекты, например тяжелые ионы. В сущности, речь идет о ядрах ионизованных атомов, которые полностью или частично лишились своих электронных оболочек. Поскольку они электрически заряжены, их можно инжектировать в ускоритель и там разогнать до нужных энергий, а потом привести в столкновение с другим пучком. Поскольку они тяжелые и сложно устроенные, столкновения получаются гораздо более зрелищными: это настоящий фейерверк, разлетающийся десятками тысяч частиц.

Посмотрим, например, на столкновения ионов свинца, которые проводят на Большом адронном коллайдере. В этом случае разгоняются и сталкиваются очень тяжелые ядра, состоящие из двух сотен протонов и нейтронов, при очень большой энергии.

Ультрарелятивистское ядро напоминает тонкий сплющенный диск. Согласно теории относительности, все его размеры в направлении движения глюонов и кварков сокращаются, а масса с ростом скорости увеличивается, поэтому локальная плотность ядерной материи в этом диске оказывается очень большой. При столкновении двух дисков из движущихся навстречу друг другу пучков происходит центральный удар, они налетают друг на друга, как говорится, лоб в лоб, но при этом получается суперпозиция сотен индивидуальных столкновений. В сердце удара развивается такая высокая температура, что на какую-то долю секунды оказавшиеся там кварки и глюоны расплавляются, образуя капельку этой самой первичной жидкости, кварк-глюонной плазмы.