– Совершенно верно, сэр! Однако, как позже выяснилось, речь шла о коте гипотетическом. В общем, ничего, что могло бы расстроить владельцев домашних зверюшек. От себя же добавлю, что теория эластичных струн оказалась просто ещё одной недоказанной гипотезой, такой же, как и пузырчатая теория смежных горизонтов, кстати.
– Действительно, – Чудакулли вздохнул. – Жалость какая, мне она так нравилась. Ладно, если за время своего краткого существования она обеспечила хлебом насущным хотя бы нескольких теоретиков, значит, её жизнь была не напрасна. Знаешь, мистер Тупс, на протяжении многих лет ты беседовал со мной о различных теориях, гипотезах и концепциях из мира естествознания. Только видишь какое дело, мне интересно… Нет, мне действительно интересно, не получилось ли так, что вселенная, будучи по природе своей живой и в каком-то определённом смысле разумной… Так вот, не пытается ли эта самая вселенная спрятаться от вашего жадного любопытства, толкая вас на всё новые интеллектуальные прорывы? Как бы дразнит вас?
Волшебники притихли. На мгновенье лицо Думминга обратилось в бронзовую маску, затем он произнёс:
– Блестящее предположение, Аркканцлер! Я восхищён. Всем известно, что Незримый Университет всегда готов с честью встретить любой вызов. С вашего позволения, сэр, я немедленно приступаю к составлению сметы. Безусловно, проект «Круглый мир» был только началом. Ответим же на вызов новым претендентом, проектом… «Челленджер». С его помощью мы постигнем фундаментальнейшие основы магии нашего мира!
И он стрелой бросился на факультет Высокоэнергетической магии, а по своим аэродинамическим характеристикам стрела является прямой противоположностью черепахи и к тому же имеет гораздо более удобную для полёта форму.
Было это шесть лет назад…
Лорд Витинари, тиран Анк-Морпорка, окинул взглядом Большую-Пребольшую Штуковину, которая, похоже, лишь тихонько гудела и ничего больше. Штуковина висела в воздухе, то появляясь, то исчезая. Витинари показалось, что выглядела она при этом несколько самодовольной – настоящее достижение для того, у кого нет лица.
В общем, она напоминала невнятный пузырь, сплетённый из магических формул, разных таинственных символов и хитрых загогулин, смысл которых, однако, совершенно ясен посвящённым. Патриций, по его собственному признанию, не являлся поклонником всяких технических штук, в особенности скрученных и к тому же гудящих. Как не был он и любителем неидентифицируемых каракулей. Он расценивал всё это как нечто, с чем нельзя договориться или переубедить. Повесить это тоже было нельзя, равно как и изощрённо пытать. Конечно, фраза «положение обязывает», как обычно в таких случаях, помогла. Однако те, кто хорошо знал Хэвлока Витинари, понимали, что его можно назвать каким угодно, только не «обязанным».
Лорда Витинари как раз представили группе возбуждённых и местами прыщавых юных волшебников в белых халатах и, естественно, остроконечных шляпах. Молодёжь суетилась вокруг нагроможденья непонятной жужжащей машинерии позади пузыря. Как бы там ни было, Витинари постарался изобразить восторг и даже вступил в беседу с Наверном Чудакулли, который, по-видимому, пребывал в точно таком же неведении относительно происходящего, как и сам Патриций. Тем не менее Витинари поздравил Аркканцлера, поскольку именно этого требовали обстоятельства, чем бы штуковина ни являлась.
– Я считаю, вы можете гордиться, Аркканцлер. Всё это просто прекрасно. Безусловно, настоящий триумф науки!
Чудакулли коротко хохотнул и сказал:
– Браво! Спасибо, Хэвлок. А знаешь, кое-кто поговаривает, что если мы запустим эксперимент, то он может привести к концу мира. Ты представляешь? Мы! Духовные защитники города и, не побоюсь этого слова, всей вселенной!
Лорд Витинари сделал почти незаметный шаг назад и осторожно поинтересовался:
– А когда именно начался ваш эксперимент? Похоже, сейчас оно гудит вполне удовлетворительно.
– На самом деле, Хэвлок, гудение скоро прекратится. Шум, который ты слышишь, издаёт рой пчёл в саду. Казначей не успел скомандовать им вернуться к работе. Вообще-то мы надеялись, что ты сам окажешь нам честь и официально откроешь эксперимент после обеда, если, конечно, ты не против.
Выражение лица Витинари стало похожим на портрет. Причём портрет, написанный современным художником, предварительно накурившимся того, что, по общему мнению, превращает мозги в сыр.
Но положение обязывает даже тиранов, особенно тиранов, имеющих чувство собственного достоинства. Посему через два часа сытый лорд Витинари стоял перед огромной гудящей штуковиной, испытывая некоторое беспокойство. Он произнёс небольшую речь о необходимости дальнейшего расширения человеческих знаний о вселенной.
– Ну, пока она ещё у нас есть, – добавил он, пристально взглянув на Чудакулли.
Затем Патриций немного попозировал иконографистам, посмотрел на большую красную кнопку на стенде перед ним и задумался о том, нет ли доли правды в разговорах о конце мира. Впрочем, протестовать было уже поздно, а позволить себе отступить Витинари не мог. К тому же, если он окажется именно тем самым, кто взорвёт мир, это в любом случае будет неплохо для его репутации. Неожиданная мысль развеселила Витинари, и он нажал на кнопку.
Раздались аплодисменты того сорта, когда аплодирующие понимают, что происходит нечто важное, но в то же время понятия не имеют, чему именно надлежит радоваться.
Оглядевшись вокруг, Витинари повернулся к Аркканцлеру и заметил:
– Похоже, Наверн, вселенную я не разрушил, это успокаивает. Стоит ли ожидать ещё каких-нибудь сюрпризов?
– Не дрейфь, Хэвлок, – Аркканцлер хлопнул Патриция по плечу. – Думминг Тупс запустил проект «Челленджер» ещё вчера, пока мы пили чай. Просто чтобы убедиться, что он вообще сможет запуститься. Ну а поскольку он запустился, останавливать его было бы глупо. Это, конечно, никоим образом не умаляет твою роль в церемонии, я тебя уверяю. Формальности в такого рода вещах стоят во главе угла, я же, со своей стороны, с гордостью могу заявить, что всё прошло как по маслу.
А это случилось шесть минут назад…
Глава 2. Великие думы
Большие-Пребольшие Штуковины обладают огромной притягательностью, которой не могут противостоять учёные Круглого мира. В основном научное оборудование обходится дёшево, кое-какое – дорого по своей сути, но вот цена отдельных приборов сравнима с бюджетом небольшой страны. Правительства всего мира обожают «Большую науку», поэтому зачастую проще получить добро для проекта на десять миллиардов долларов, чем на десять тысяч. Так же точно какая-нибудь комиссия за пять минут принимает решение о строительстве нового небоскрёба, а потом битый час спорит о цене поданного им к чаю печенья. И мы все знаем почему: ведь чтобы разобраться в проекте и определить стоимость здания, нужно быть специалистом, а в печенье разбирается каждый. К сожалению, с финансированием «Большой науки» дело обстоит примерно так же, если не хуже. Ведь администраторы и политики стремятся обеспечить себе карьерный рост, а «Большая наука» куда престижнее «маленькой», поскольку в ней крутятся большие деньги.
Впрочем, могут существовать и более весомые мотивы для крупных научных проектов: временами «большие» проблемы требуют «больших» ответов. Попытка собрать сверхсветовой двигатель из старых консервных банок на кухонном столе, может, и хороша в научно-фантастическом рассказе, но не в жизни. Чаще всего ты получаешь лишь то, за что заплатил.
Отправной точкой «Большой науки» можно считать проект «Манхэттен» времен Второй мировой войны, подаривший нам атомную бомбу. Эта сверхсложная задача потребовала участия десятков тысяч специалистов в различных областях. Проект раздвинул не только границы науки и инженерного дела, но и, возможно, прежде всего организации и логистики. Мы отнюдь не утверждаем, что поиск эффективных способов стирания людей в порошок – это именно то, что необходимо для успеха, но проект «Манхэттен» убедил всех в огромной важности науки. С тех пор все правительства упорно продвигают «Большую науку». Другие самые известные примеры подобного рода – посадка «Аполлона» на Луну и расшифровка генома человека.
Некоторые научные отрасли вообще жить не могут без Больших-Пребольших Штуковин. Пожалуй, самой главной из подобных отраслей является физика элементарных частиц, обошедшаяся миру в целую серию гигантских машин – так называемых ускорителей, исследующих свойства материи на микроуровне. Самыми мощными из них являются коллайдеры, с помощью которых учёные бомбардируют субатомными частицами неподвижные мишени или сталкивают частицы друг с другом в лоб и смотрят, что из этого получается. По мере того, как физика частиц продвигается вперёд, теоретики предсказывают всё новые и новые гипотетические частицы, которые становятся всё более странными и труднообнаружимыми. Требуется всё больше энергии для расщепления, всё более кропотливые математические вычисления и мощные компьютеры для сбора данных о том, что искомые частицы существовали, хотя бы самый кратчайший миг. Ускорители становятся всё больше и дороже.
Последний и самый внушительный из них – это Большой адронный коллайдер (БАК). Что такое «коллайдер», мы с вами уже знаем, «адрон» – наименование класса субатомных частиц, а прилагательное «большой» полностью оправдывает размеры ускорителя. БАК размещается глубоко под землёй, в двух кольцевых туннелях. Основная часть «колец» находится в Швейцарии, остальная захватывает территорию Франции. Главное кольцо имеет восемь километров в поперечнике, меньшее – около четырёх. В туннелях имеется две трубы, по которым 1624 магнита разгоняют до околосветовой скорости различные интересующие нас частицы: электроны, протоны, позитроны и так далее. Магниты необходимо охлаждать до температуры, близкой к абсолютному нулю, для чего постоянно требуется 96 тонн жидкого гелия. Эти магниты огромны и весят свыше 27 тонн каждый.
Трубы пересекаются в четырёх точках, где и происходят столкновения частиц друг с другом. Для физиков это всего лишь проверенный временем метод исследования материи. Сталкиваясь, частицы разлетаются на кусочки, порождая множество новых частиц. Шесть невероятно сложных детекторов, расставленных в разных точках туннелей, собирают данные о столкновениях, которые обрабатываются и анализируются мощными компьютерами.
БАК обошёлся нам в 7,5 миллиарда евро, что равно 6 миллиардам фунтов или 9 миллиардам долларов. Поэтому неудивительно, что проект этот международный, а в его осуществлении оказалась задействована «Большая политика».
Думминг Тупс жаждет обладать Большой-Пребольшой Штуковиной по двум причинам. Во-первых, им движет азарт интеллектуального познания – топливо, на котором функционирует факультет Высокоэнергетической магии. Юные ясноглазые волшебники, работающие там, хотят познать фундаментальнейшие основы магии и разгадать загадки, породившие такие таинственные теории, как квантовая чародинамика или третья производная слуда, а также роковой эксперимент по расщеплению чара, в результате которого случайно возник Круглый мир. О другой причине говорится в предыдущей главе: каждый уважающий себя университет просто обязан иметь подобные штуковины, если, конечно, он хочет считаться университетом.
В Круглом мире та же история. И касается она не только университетов.
Физика элементарных частиц началась со скромного оборудования и большой идеи. Слово «атом» на греческом означает «неделимый». Термин оказался заложником судьбы с самого начала его применения. Больше века назад физики «клюнули» на гипотезу о существовании атомов, но многие тут же начали сомневаться в правильности выбора столь буквалистского термина. И в 1897 году Джозеф Джон Томсон доказал, что сомневающиеся были правы, открыв «катодные лучи» – микроскопические частицы, испускаемые атомами. Они получили название «электроны».
Вы можете сколько угодно бродить вокруг атома, ожидая, когда он начнёт излучать новые частицы. Можете просить его об этом, а можете сделать ему такое предложение, от которого он не сможет отказаться, а именно стукнуть его так, чтобы он разлетелся на кусочки, и посмотреть, куда что полетит. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон соорудили небольшой ускоритель частиц и в один знаменательный день «расщепили атом». Вскоре выяснилось, что атомы состоят всего из трёх типов частиц: электронов, протонов и нейтронов. Они невероятно малы, их не разглядеть даже в самые мощные микроскопы, тогда как сами атомы можно всё-таки «увидеть» в чувствительный микроскоп, использующий квантовые эффекты.
Итак, все элементы – водород, гелий, углерод, сера и так далее – состоят из этих трех частиц. Химические свойства элементов отличаются потому, что их атомы содержат различное количество электронов, протонов и нейтронов. Существует ряд основных правил. В частности, две частицы обладают электрическими зарядами: электрон – «негативным», протон – «позитивным», нейтрон же заряда не имеет. Таким образом, чтобы суммарный заряд оказался нулевым, количество протонов и электронов должно совпадать. Самый простой из атомов – атом водорода – имеет один электрон и один протон. У гелия два протона и два нейтрона.
Химические свойства атома зависят от количества электронов, поэтому нейтронов можно добавлять сколько угодно: свойства вещества почти не изменятся. Вот именно что – «почти». Это слово обуславливает существование изотопов, то есть вариантов какого-либо элемента с почти неуловимыми отличиями. Например, атом самой распространённой формы углерода имеет 6 электронов, 6 протонов и 6 нейтронов, тогда как у его изотопов – от 2 до 16 нейтронов. Углерод-14, который археологи используют для датировки древних органических материалов, имеет 8 нейтронов. Атом обычной серы состоит из 16 электронов, 16 протонов и 16 нейтронов, при этом известно 25 её изотопов.
Электроны имеют особенно важное значение для химических свойств атома, поскольку находятся на внешней его оболочке и могут вступать в контакт с другими атомами, образуя молекулы. Протоны и нейтроны группируются в центре атома, формируя его ядро. Ранее считалось, что электроны движутся вокруг ядра по орбитам, словно планеты вокруг Солнца. Затем эта модель была заменена другой, в которой электрон был представлен в виде смазанного вероятностного облака, демонстрируя нам не место, где находится частица в данный момент, а то, где она, возможно, будет находиться, если вы за ней понаблюдаете. В настоящее время такая картинка также считается чрезмерным упрощением некой чрезвычайно сложной математической модели, согласно которой электрон одновременно находится везде и нигде.
Эти три частицы (электрон, протон и нейтрон) связывают физику и химию. С их помощью была расшифрована вся таблица химических элементов – от простого водорода и наиболее сложного природного элемента калифорния до куда более странных короткоживущих синтезированных элементов. Всё, что требуется, чтобы вполне определить материю во всём богатстве её разнообразия, – это коротенький список «фундаментальных» частиц, то есть таких, которые невозможно расщепить на более мелкие. Вроде бы просто и понятно.
Не тут-то было. Во-первых, для объяснения целого ряда экспериментальных наблюдений на микроуровне потребовалось изобретение квантовой механики. Затем обнаружились новые фундаментальные частицы вроде фотона (частица света) или нейтрино (электрически нейтральная частица, которая настолько мало взаимодействует с остальным веществом, что может свободно пройти сквозь тысячемильную толщу свинца). Бесчисленные нейтрино, испущенные Солнцем в ходе ядерных реакций, постоянно проходят сквозь Землю, в том числе и сквозь нас с вами, не оказывая никакого влияния.
Нейтрино и фотоны были лишь началом. Уже через несколько лет количество фундаментальных частиц превысило количество химических элементов, что вызвало лёгкую панику, так как объяснение становилось куда сложнее явления, которое физики пытались объяснить. Впрочем, в конце концов они выяснили, что некоторые частицы фундаментальнее других. К примеру, протон состоит из трёх частиц помельче, называемых кварками. То же самое касается и нейтрона, хотя комбинация кварков в нём иная. Как бы то ни было, электроны, нейтрино и фотоны остаются фундаментальными частицами. Насколько нам известно, они не делятся на более простые составляющие.[5]
Одной из главных причин создания БАКа был поиск последнего недостающего звена так называемой стандартной модели, которая, несмотря на непритязательное название, похоже, объясняет почти всё в физике элементарных частиц. Предъявляя веские доказательства, сторонники этой модели настаивают, что атомы состоят из 16 истинно фундаментальных частиц. Шесть из них – кварки, имеющие совершенно дикие названия: нижний/верхний, странный/очарованный, прелестный/истинный. Нейтрон состоит из одного «верхнего» кварка и двух «нижних»; протон – из одного «нижнего» и двух «верхних».
Следующие шесть – лептоны – также состоят из трёх пар: электронов, мюонов и таонов (тау-лептонов), каждый со своим собственным нейтрино. Оригинальное нейтрино теперь называется электронным нейтрино и идёт в паре с электроном. Все двенадцать частиц (кварки и лептоны) в совокупности носят название фермионов, данное им в честь великого итальянского физика Энрико Ферми.
Оставшиеся четыре частицы связаны с физическими силами, которые удерживают всю материю вместе. Физики различают следующие основные природные силы: гравитация, электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие. Гравитация не играет особенной роли в стандартной модели, поскольку не вписывается в квантово-механическую картину мира. Остальные три силы связаны с особыми частицами, известными как бозоны. Своё название они получили в честь индийского физика Сатьендры Ната Бозе (Шотендроната Бошу). Разница между бозонами и фермионами принципиальна: у них различные статистические свойства.