Много света из ничего Термоядерный синтез снова не удалось провести в пробирке
От идеи вечного двигателя физики отказывались постепенно. Громкий эксперимент, несостоятельность которого была доказана на прошлой неделе, можно было бы отнести к той же категории, что и самовращающиеся колеса мастеров средневековья - когда бы он не был проведен совершенно "законными" с точки зрения современной физики способами, а результаты не были бы опубликованы в самых авторитетных научных журналах. Средневековые механизмы, проекты по превращению океанического тепла в полезную работу и неудавшийся опыт по "лабораторному" термоядерному синтезу объединяет одно: все они, в перспективе, могли бы обеспечить человечество источниками энергии, которыми оставалось бы только правильно распорядиться. Но распоряжаться, по всей видимости, придется чем-нибудь другим.
Еще недавно у слова "сонолюминесценция" были все шансы попасть в популярные словари и школьные учебники - на тех же основаниях, на которых в начале прошлого века там оказались термины "квант" и "радиоактивность". В 2002 году американский физик Руси Талеярхан опубликовал статью, где описывалась термоядерная реакция внутри "газированной" ультразвуком жидкости. Провести ее вне водородной бомбы или гигантского реактора-токамака прежде не удавалось никому.
Сама сонолюминесценция - свечение микроскопических пузырьков, порожденных звуковой волной - была открыта 72 года назад во время экспериментов с радаром. Ученых интересовало, что происходит с жидкостью при кавитации - процессе, который считался не более чем помехой, приводящей к порче корабельных винтов и насосов. Было известно, что пузырьки образуются во время резкого перепада давления - вне зависимости от того, вызван ли он вращающимися лопастями или звуковой волной. Однако последний случай оказался особенным: в облаке пузырьков заметили короткие вспышки света, природу которых экспериментаторы объяснить не смогли.
Отношение к малопопулярной теме изменилось тогда, когда выяснилось, что газ внутри пузырька может быть горячее, чем содержимое звезд. Сначала ученые добились "однопузырьковой" сонолюминесценции, когда энергия волны не расходуется на создание миллионов полостей, а "накапливается" внутри изолированного пузырька. За его медленным расширением следует быстрое сжатие, во время которого температура газа, согласно элементарным законам, должна увеличиваться многократно. Первые расчеты указывали на цифру в десятки тысяч градусов, другие оценки повышали ее еще на несколько порядков.
Если внутри пузырька сосредоточена разогретая до миллионов градусов плазма, в ней может происходить термоядерный синтез. Именно так рассуждал Талеярхан, который в 2002 году подтвердил свою догадку, обнаружив, что под действием ультразвука дейтерированный ацетон излучает нейтроны, то есть продукты превращения ядер. Впрочем, при подробном рассмотрении все выглядело не так просто и однозначно: вместо того, чтобы использовать "чистый" ультразвук, Талеярхан генерировал пузырьки в облучаемой жидкости с помощью "добавочных" нейтронов, которые, по его словам, отличались от продуктов термоядерной реакции скоростью. Нейтронные потоки приходилось разделять уже при обработке данных. Этот прием вызвал наибольшее число нареканий: скептики заявляли, что спутать одни элементарные частицы с другими при такой постановке опыта несложно. Вдобавок результаты плохо воспроизводились, особенно в других лабораториях.
Автор спорной статьи в журнале Science в общем-то и не ждал всеобщего одобрения: тема "карманных" термоядерных реакций с момента своего зарождения считалась сомнительной. Первые работы по холодному термоядерному синтезу появились в середине 1980-х годов. В 1987 году Стивен Джонс опубликовал обзор возможных методик: катализ экзотическими элементарными частицами - мюонами, создание сверхвысоких давлений при помощи алмазного пресса и использование специальных электролитических ячеек. Два года спустя Стэнли Понс и Мартин Флейшман заявили, что наблюдали синтез ядер при электролизе дейтериевой воды. Это с трудом поддавалось перепроверке, и репутация исследователей была подорвана. Впрочем, до отзыва статей из журналов - как поступили, например, с корейским генетиком и двумя американскими физиками - дело не дошло.
Результаты Талеярхана, помимо коллег-энтузиастов, взялась перепроверять комиссия, созданная по инициативе журналистов BBC - и никакой реакции не увидела. Чтобы не повторить судьбу предшественников, ученый дважды воспроизвел эксперимент, последовательно усложняя постановку задачи. В 2004 году он увеличил в несколько раз его продолжительность, чтобы "сигнал" лучше отделялся от "шума". В начале 2006-го - отказался от внешнего источника нейтронов, заменив его испускающими альфа-частицы солями урана. В обоих случаях, по мнению автора, результаты говорили сами за себя. Однако "сухой отчет" показался физику недостаточным, и он согласился обнародовать промежуточные данные. Этим все и закончилось.
К началу 2006 года научное сообщество было настолько заинтриговано, что ради окончательной ясности агентство DARPA выделило 350 тысяч долларов на независимое воспроизведение опыта. Профессор Сеф Паттерман из Лос-Анджелесского университета потратил их на точное воссоздание приборов Талеярхана, но, как и следовало ожидать, получил отрицательный результат.
Затем физик Брайан Нараньо заметил сходство между графиком, описывающим распределение "термоядерных" элементарных частиц по скоростям, и тем, что получается при распаде калифорния - радиоактивного элемента, используемого как стандартный источник нейтронов. Нараньо выяснил, что к сбору статистики Талеярхан подошел довольно аккуратно: "калифорниевая" кривая идеально повторяла "термоядерную". Что же касается случайных отклонений, которые могли бы привести к такому же эффекту, то их вероятность оценивается стотысячными долями процента. Капсула с калифорнием обнаружилась в шкафу, расположенном в 5 метрах от исходной экспериментальной установки.
Что последует за "разоблачением", легко предсказать, если вспомнить, например, недавнюю историю генетика Хван У Сука. В то же время ни один из критиков Талеярхана предложить надежное объяснение сонолюминесценции пока не готов. Наиболее интересны комментарии, указывающие на "заведомую несостоятельность" опыта - согласно им, температура внутри пузырька, вероятно, равна всего миллиону градусов Кельвина - при том, что плазма внутри токамаков разогревается до сотен миллионов. Впрочем, едва ли этот аргумент делает явление менее интересным.
Между тем, гипотез об истинной природе "светящихся пузырьков" за время разбирательств успело накопиться достаточно много, и некоторые не уступают термоядерной в привлекательности. В частности, средствами теории физического вакуума описывается рождение "реальных" фотонов из виртуальных, которое могло бы происходить в сильно неоднородной среде, какой является приповерхностный слой пузырька. Теоретики сравнивают это с хокинговским излучением черных дыр - процессом, при котором свет покидает сильно искривленное пространство за счет квантовых эффектов.
Когда объяснение найдется, это наверняка будет результатом длинной серии проб и ошибок. Один из шагов можно признать ошибочным уже сейчас. Но разделять радость тех, кто называет термоядерную гипотезу "лопнувшим пузырем", почему-то не хочется.
Борислав Козловский