Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества - Пол Стейнхардт

обстоятельствах: глубоко под землей, при столкновении в космическом пространстве или в результате удара очень большого метеорита о поверхность Земли. Возникающее при этом давление намного превышает все значения, достижимые при любой обычной человеческой деятельности.

В данном случае мы сразу исключили возможность образования квазикристалла при падении на Землю большого метеорита. Это расплавило бы богатый алюминием металл, обнаруженный по всему флорентийскому образцу, и привело бы к его химическому соединению с кислородом земной атмосферы.

Тот факт, что квазикристалл выдержал высокое давление, необходимое для образования стишовита, преподал нам еще один урок. Мы узнали, что квазикристалл уже существовал, когда формировался стишовит, и что вместе они сумели выдержать такие сверхвысокие давления, которые встречаются лишь далеко за рамками человеческой деятельности.

Это было прямым доказательством естественного происхождения, которое искали Линкольн и Гленн.

Я немедленно позвонил Линкольну, чтобы поделиться с ним этими захватывающими новостями. И с огромным удовольствием составил электронное письмо Гленну, приложив свежее изображение от Луки вместе с нашим анализом. Мне не терпелось узнать, будет ли его реакция, как обычно, скептической. В ответ он немного нервно подстраховал свою ставку:

Если это действительно стишовит и внутри него действительно квазикристалл, это вообще все меняет.

Теперь можно было отбросить почти все наши прежние теории формирования флорентийского образца. Он не мог быть шлаком. Его не могли создать артельщики, развлекаясь у костра. Он не мог быть продуктом выхлопа реактивного самолета. Не мог быть произведен взрывом или изготовлен в обычной лаборатории. Его не могли породить ни молния, ни гидротермальный выход, ни вулканы. Ни одна из теорий, выдвигавшихся другими авторами, не обеспечивала того экстраординарного давления, которое необходимо для образования стишовита.

То, как стишовит и квазикристалл сплавились вместе, было не менее показательно. У нас появилось доказательство того, что квазикристаллы не такие уж хрупкие, как предполагалось ранее. Поскольку квазикристалл был полностью заключен в зерно стишовита, это означало, что он способен выдерживать сверхвысокие давления.

Гленн согласился со всеми этими пунктами, но хотел исключить любые возможные альтернативные объяснения, какими бы сомнительными они ни казались. В качестве последнего аргумента он попросил нас подумать, не может ли образец быть результатом испытания атомной бомбы. Мы с Лукой легко исключили эту идею, поскольку измерения показали, что в образце нет никаких тяжелых элементов, которые были бы побочными продуктами ядерного взрыва.

Осталось всего две правдоподобных теории, которые могли бы объяснить присутствие стишовита. Образец мог возникнуть во внутреннем пространстве Земли, в тысячах километров под поверхностью, и попасть во внешнюю кору в суперплюме. Или это мог быть гость извне нашей планеты, фрагмент, возникший при разрушительном столкновении в космосе двух астероидов.

Какая из этих версий верна? И как нам ее доказать?

Глава 16

Икосаэдрит

Пасадена, май 2010 года

Изнутри или извне? Вот в чем вопрос.

В моем понимании метеоритная теория, отсылающая к космосу, всегда была приоритетным объяснением происхождения наших природных квазикристаллов. Метеориты содержат гораздо более широкий спектр металлов и металлических сплавов, чем земные минералы. Но нам нужно было нечто большее, чем рациональные соображения. Нам требовалось неоспоримое доказательство.

Двумя месяцами ранее Эд Столпер рекомендовал мне решить этот вопрос, проанализировав содержание в нашем образце редких изотопов кислорода. Он направил меня к геохимику Джону Эйлеру, который, среди прочего, изучал происхождение и эволюцию метеоритов. Однако до обнаружения стишовита я не чувствовал в себе достаточной уверенности, чтобы беспокоить Джона и просить его использовать дорогое оборудование для проверки нашего образца.

Джон тесно сотрудничал с Юньбинь Гуанем, директором Центра микроанализа в Калтехе. Центр располагал редкой исследовательской установкой под названием NanoSIMS – масс-спектрометром вторичных ионов с нанометровым разрешением, на котором можно было выполнить исследование изотопов кислорода, рекомендованное Эдом Столпером. Все установки NanoSIMS в мире можно было пересчитать по пальцам, и лишь несколько организаций, включая Калифорнийский технологический институт, допускали при работе с ними сотрудничество со сторонними участниками.

Джон согласился использовать NanoSIMS для проверки изотопов кислорода в одном из наших крошечных зерен. Я прилетел в Пасадену на встречу с ним, везя крошечные зерна в запечатанной коробочке, аккуратно уложенной в портфель. Эту драгоценную коробочку ни в коем случае нельзя было сдавать в багаж.

Прибыв в Калтех, я провел с Джоном несколько часов, просматривая все измерения, сделанные нашей командой в трех лабораториях – в Принстонском университете, Флорентийском университете и в Смитсоновском национальном музее естественной истории. Это был тот же набор данных, который я показал Эду двумя месяцами ранее, дополненный нашим недавним открытием стишовита.

Как и Эд, Джон пришел к выводу, что наш образец, скорее всего, имеет земное происхождение. “Свойства зерен минерала оливина напоминают мне земные образцы, которые я изучал”, – сказал он. Хотя я склонялся к тому, что наш образец прибыл из космоса, я очень уважал мнения Эда и Джона и старался сохранять непредвзятость.

Меня очень обрадовало то, что Джон согласился нам помочь. Он был умен, энергичен и точен. Однако меня глубоко разочаровали его следующие слова. Масс-спектрометр NanoSIMS был очень капризным устройством и в тот момент находился на ремонте. Предполагалось, что в рабочее состояние он вернется лишь через несколько месяцев.

Нам с Лукой ничего не оставалось, как ждать. То были поистине мучительные месяцы. Каждый день мы с Лукой связывались по “Скайпу” и обсуждали возможные исходы исследования. Космос или недра? Извне или изнутри? Что, если результат анализа будет не совместим ни с земным, ни с внеземным происхождением образца? В таком случае, несмотря на все наши меры предосторожности, нам придется рассмотреть ужасную третью возможность. Злой розыгрыш.

Проверка с помощью NanoSIMS была бескомпромиссной – она во мгновение ока обнаружила бы поддельный материал по измеренному распределению ядерных изотопов в образце. Ни один мистификатор не мог ожидать такой проверки, да и подделать изотопные характеристики никому бы не удалось. Чем больше затягивалось ожидание, тем труднее было выбросить из головы эту удручающую возможность.

Пасадена, июль 2010 года

Два месяца спустя нам сообщили, что NanoSIMS наконец-то в строю и наш образец будет проанализирован где-то в последнюю декаду месяца. Каждые несколько дней я проверял, не выполнен ли тест. И всякий раз ответом было: “Еще нет”. Изматывающее ожидание продолжалось.

Масс-спектрометр NanoSIMS был идеальным инструментом для изучения изотопов кислорода в нашем образце. Элементы отличаются друг от друга количеством протонов в ядре. Например, у всех атомов кислорода по восемь протонов, поэтому он значится под восьмым номером в таблице Менделеева. Термином “изотопы” обозначают атомы с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов.

Существует три стабильных изотопа кислорода, каждый из которых содержит восемь протонов, но разное количество нейтронов. Самый распространенный тип атомов кислорода имеет одинаковое число протонов и нейтронов – по восемь штук. Поскольку 8 + 8 = 16, этот изотоп обозначается как