Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Дэвид Хелфанд

Эпилог: История кварка

На протяжении всей этой книги присутствие, отсутствие, возбуждение и преображение крошечных атомов позволяло нам воссоздать истории, связанные с нашей культурой, нашей планетой и нашей Вселенной. Однако у каждого из них есть своя собственная история, и если учесть, насколько стабильны их составляющие, она восходит к началу времен. Сказка-притча, приведенная ниже, подведет итог всему, что нам удалось узнать.

Я – верхний кварк. Я родился на свет в хаотическом квантовом супе, когда Вселенной исполнилась одна микросекунда, и меня тут же привлекла – или, можно даже сказать, притянула – пара из двух кварков, верхнего и нижнего. Мы втроем тут же поладили, объединились, образовали неразрывную связь и стали одним из первых протонов во Вселенной. По прошествии ста долгих микросекунд наш протон лоб в лоб столкнулся с одним чересчур энергичным электроном, вследствие чего последний был незамедлительно поглощен, нейтрализовал наш положительный заряд и образовал нейтрон. Впрочем, когда Вселенной было уже тридцать секунд, мои спутники-кварки и я, заскучав в этом нейтральном состоянии, избавились от электрона (иными словами, наш нейтрон претерпел бета-распад) и вернулись к нашей фундаментальной «протонности».

Прошло еще несколько секунд, и случилось новое столкновение – к нам прикрепился другой нейтрон, образовав дейтерий. Но увы! Пара мгновений, и в нас влетел фотон (какая многолюдная вечеринка!) – и мы снова разлучились. Однако через минуту мы нашли новый нейтрон, и на этот раз связь стала более прочной – Вселенная расширилась, у фотонов растянулись длины волн, и ни одному из них уже не хватало энергии, чтобы оторвать нас друг от друга. Наш протон и нейтрон – настолько привлекательная пара, что все так и просятся к нам на вечеринку; через несколько секунд появляется еще одно ядро дейтерия, и мы быстро формируем ядерную семью из четырех частиц – стабильное ядро Гелия.

Так миновали сотни тысяч лет. Впрочем, я не унывал – мне было хорошо в ядре нашего Гелия. На вечеринках уже не так много гостей, и стало заметно прохладнее. По прошествии 390 000 лет, когда температура упала до нескольких тысяч кельвинов, мы захватили пару электронов, пролетевших мимо, и они обещали вращаться вокруг нас вечно. Правда, один время от времени ускользал, приблизившись к особо энергичному фотону, – но поскольку все электроны одинаковы, его вскоре сменял другой, и никто ни о чем не подозревал. Нашему атому Гелия было вполне достаточно двух его электронов, и соединяться с другими атомами он не хотел (на самом деле хотел, но не мог, но мы предпочитаем говорить об этом как о самоопределении). Так продолжался наш одинокий дрейф во все более широкой Вселенной.

Еще 400 миллионов лет, и мы оказались в облаке атомов Водорода и Гелия – оно было необычайно привлекательным и привлекло к себе примерно 1068 атомов, создав огромную структуру, которую однажды назовут Млечным путем. В нем было просторно – ближайшие атомные соседи пролетали в сантиметре от нас. Так продолжалось 9 миллиардов лет, а потом соседей стало больше – поначалу двое, потом десять, потом десять тысяч, а следом и миллион «попутчиков» втиснулись в кусочек пространства размером с кубик сахара, который прежде был только нашим!

А потом все стало намного хуже. Мы падали и сжимались, падали и сжимались до тех пор, пока столкновения с нашими соседями не усилились настолько, что наши электроны оторвались и навсегда исчезли. Вскоре мы уже сталкивались с другими ядрами миллионы раз в секунду. Повсюду сливались друг с другом и протоны, образуя дейтерий, и ядра дейтерия, создавая наших слабых собратьев – ядра Гелия‐3, при слиянии которых возникали более правильные ядра Гелия, подобные нам. В конце концов вокруг нас остались лишь наши копии – триллионы сородичей. Стало еще жарче, возросла плотность, и мы так сильно столкнулись с двумя из них, что уже не могли уйти – мы оказались связаны в ядре Углерода.

По прошествии нескольких сотен тысяч лет нас вышвырнуло из этого кипящего котла со скоростью, составляющей десятую часть скорости света, в прохладную тьму межзвездного пространства. Там было слишком холодно – всего на 10 кельвинов выше абсолютного нуля, и медленно бредущие соседи, словно пытаясь согреться, вновь подходили все ближе друг к другу. Спустя миллион лет мы натолкнулись на крохотную пылинку, прилипли к ее поверхности – и там, на твердой почве, пришло время познакомиться с соседями. Мы пригласили в гости еще пять атомов Углерода, два атома Азота, два атома Кислорода и четырнадцать атомов Водорода – и это позволило нам выстроить долговременные связи (с характерной «левой» направленностью) и образовать лизин.

Прошло, наверное, 10 миллионов лет, и наше маленькое зернышко с громким стуком приземлилось на астероид шириной в два километра. Мимо пролетало множество других камней и валунов. Еще через 20 миллионов лет мы бухнулись на кору недавно возникшего места, называемого (по неизвестной причине) Землей. Все наконец-то успокоилось – похоже, в кои-то веки я нашел постоянный дом. Теперь я – верхний кварк в протоне в ядре Углерода в молекуле лизина на остывающей планете.

Однако настал день, когда я вдруг понял, что молекула, давшая мне приют, плавает в воде. Мимо проплыли несколько молекул аденина, и стоило им нас рассмотреть, как одна вцепилась в нас мертвой хваткой. Затем, словно в соответствии с каким-то невидимым планом, в цепочку встраивалось все больше аминокислот, подобных нашей, а сама она сворачивалась во всевозможные формы, пока мы не застряли в клеточной стенке археи. Но нет покоя для уставших. Клетка археи вскоре испустила дух и ушла на дно пруда, ее съел червь, червя склевала птица, и я попал в яичный желток – на миллиард лет.

В какой-то момент приютивший меня атом Углерода разорвал связь с товарищами, вырвался на свободу, и мы отправились искать новых друзей в кальците, из которого состояла раковина фораминиферы, плавающей в океане. Она так и плавала, пока не умерла и не утонула, оказавшись на океанском дне – на глубине в шесть с половиной километров. Там, внизу, все происходило очень медленно, но движение все-таки совершалось, и в конце концов я ощутил, как стало жарко, и нас внезапно и бесцеремонно выбросило из вулкана – так мы связались с двумя друзьями, атомами Кислорода, и смогли свободно бродить в атмосфере. Однажды зимой мы слишком близко подлетели к земле и оказались в ловушке – в воздушном пузыре, заключенном во льду, – где и провели 300 000 лет, прежде чем любопытная женщина с большой иглой освободила меня и принесла в холодную