Древнегреческий философ Сократ, живший в 469–399 годах до нашей эры, упоминается в диалогах Платона, где он говорит: «Если бы кто-нибудь смог подняться над воздухом или обрел бы крылья и взлетел, он смог бы поднять голову выше и увидеть, как рыбы поднимают голову из воды и видят то, что в нашем мире; так он бы увидел вещи в том высшем мире; и если бы его природа была достаточно сильной, чтобы выдержать это зрелище, он бы осознал, что это настоящее небо».
Действительно, межзвездное пространство может показаться небом, учитывая все политические потрясения, с которыми мы сталкиваемся на Земле. Практический вопрос заключается в том, как достичь межзвездного пространства за время нашей короткой жизни? Ближайшая звездная система, Альфа Центавра, находится на расстоянии 4,25–4,35 световых лет. Чтобы достичь ее в течение человеческой жизни, требуется космический корабль, способный двигаться быстрее одной десятой скорости света. Однако ракеты ограничены своей скоростью истечения и требуют массы топлива, которая экспоненциально растет с увеличением конечной скорости. Наивысшая скорость истечения – это скорость света. Есть ли топливо, которое может это обеспечить? Да, такое топливо существует.
Антиматерия при аннигиляции с материей превращается в чистое излучение. Этот процесс является наивысшим проявлением открытого Альбертом Эйнштейном соотношения, согласно которому энергия (E) равна массе (M), умноженной на квадрат скорости света (c²). Все остальные виды топлива преобразуют массу в энергию с гораздо меньшей эффективностью. Ядерное топливо, питающее звезды, максимум в сто раз менее эффективно, не учитывая массы ядерного реактора. Химическое топливо, питающее ракеты и живые организмы, в миллиарды раз менее эффективно, так как оно основано на молекулярных связях.
Антиматерия была открыта в 1928 году в работе Пола Дирака, который понял, что релятивистская версия волнового уравнения Шрёдингера для электронов допускает существование антиэлектронов с противоположным электрическим зарядом. Эти «положительные электроны» были открыты Карлом Андерсоном в 1932 году и названы позитронами. Аналогично, положительно заряженные протоны должны иметь отрицательно заряженные антипротоны, которые вместе с позитронами образуют атомы антиводорода.
К счастью, мы все состоим из материи, и поэтому спокойно пожимаем друг другу руки на свиданиях вслепую. Однако сразу после Большого взрыва во Вселенной было почти равное количество материи и антиматерии. Когда температура Вселенной превышала десять миллиардов градусов, позитроны образовывались при столкновении фотонов с энергией, превышающей массу электрона. В конечном итоге вся антиматерия была уничтожена при аннигиляции с материей, оставив небольшой избыток материи. Этот небольшой асимметричный избыток материи над антиматерией составлял всего две части на миллиард. Космический процесс, породивший этот избыток материи, известный как бариогенезис, остается неизвестным, но без него нас бы не существовало. Симметричная Вселенная была бы наполнена излучением, но в ней не хватало бы протонов и электронов, чтобы обеспечить синтез водорода в недрах звезд и образование углерода и кислорода, необходимых для химии жизни.
Конечно, если бы материя и антиматерия были разделены на отдельные острова без перекрытия, как предполагал лауреат Нобелевской премии Ханнес Альвен, они могли бы сохраниться до настоящего времени. Однако существование таких островов исключено из-за гамма-излучения, которое бы они испускали. Если бы такой остров антиматерии находился в досягаемости, его топливные запасы стали бы источником огромного богатства, так как он предоставил бы энергию, в два миллиарда раз превышающую энергию нефти на Земле на единицу массы.
Да, вы правильно прочитали. Бочка антиматерии стоила бы в два миллиарда раз больше бочки нефти в плане энергетической ценности, что соответствует двумстам миллиардам долларов на современном энергетическом рынке. Общий капитал Илона Маска эквивалентен энергетической ценности одной бочки антиматерии.
На данный момент мы должны принять суровую реальность: антиматерия не сохранилась со времен ранней Вселенной. Единственный способ заполучить антиматерию – это производить ее в наших лабораториях. Полгода назад я посетил антиматериальную фабрику в ЦЕРНе, которая на данный момент произвела менее 10 нанограммов антиматерии — этого достаточно, чтобы питать лампочку мощностью 100 Вт в течение 2,5 часов. Наш текущий процесс производства антиматерии крайне неэффективен: ЦЕРН тратит энергии в миллиард раз больше, чем содержится в произведенной антиматерии. Производство одного грамма антиматерии обойдется в более чем квадриллион долларов.
Это печально, потому что закон сохранения импульса подразумевает, что космический корабль, несущий 20% своей массы в виде антиматериального топлива, мог бы достичь одной трети скорости света и долететь до Альфы Центавра за 13 лет. Среднее ускорение могло бы быть в десять раз меньше земного.
На данный момент мы не можем осуществить мечту Сократа о путешествии в межзвездное пространство за время нашей жизни с использованием антиматериального топлива.
В завершение приведу два анекдота об антиматерии. Во-первых, наше тело испускает порядка 100–200 позитронов в час в результате радиоактивного распада изотопа калия-40, содержащегося в нашей пище и воде. Во-вторых, в прошлом году было продемонстрировано, что атомы антиводорода, произведенные в ЦЕРНе, реагируют на гравитацию Земли так же, как атомы водорода. Гипотеза о репульсивной антигравитации была опровергнута. Вероятно, эта эквивалентность распространяется и на другие режимы. Например, антисемиты, состоящие из антиматерии, вероятно, ведут себя по отношению к семитам так же, как те, что состоят из материи. Основное различие состоит в том, что при контакте с семитами, состоящими из материи, они будут аннигилировать, уничтожая и себя.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos