Глава III: Ритм Атомов

На основе математических расчетов ученые пришли к общему мнению, что Большой Взрыв произошел около семнадцати миллионов лет назад. Вся материя Вселенной была создана из ничего в соответствии с удивительным замыслом, о котором речь уже шла выше. Однако Вселенная, которая возникла в результате Большого Взрыва, могла бы быть совсем другой, во многом отличной от нашей.

Например, если бы показатели четырех основных сил были другими, Вселенная состояла бы только из радиации и превратилась в световую ткань без звезд, галактик, людских существ и всего остального. Только благодаря совершенному равновесию четырех сил появились атомы – строительный материал того, что называется материей.

Ученые едины во мнении, что первые два простейших элемента – водород и гелий – начали формироваться в течение четырнадцати секунд после Большого Взрыва. Эти элементы возникли вследствие уменьшения общей энтропии, что явилось причиной рассеивания материи. Другими словами, сначала Вселенная была просто нагромождением атомов гелия и водорода. Если бы все так и осталось, не было бы ни звезд, ни планет, ни камней, ни земли, ни деревьев, ни людей. Это была бы безжизненная Вселенная, состоящая всего из двух элементов.

Углерод – основная составляющая жизни, намного тяжелее водорода и гелия. Как появился он?

В поисках ответа на этот вопрос ученые сделали одно из самых удивительных открытий XX столетия.

Структура Элементов

1. Nötron (yüksüz) 2. Proton (+) 3. Elektron (-)

Химия представляет собой науку, изучающую состав, структуру и свойства веществ, а также происходящие в них изменения. Основа современной химии – периодическая система элементов, разработанная русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Все элементы периодической системы расположены в соответствии с их атомной структурой. Водород занимает первое место в таблице, поскольку он является самым простым из всех существующих элементов и его ядро состоит только из одного протона и одного вращающегося вокруг него электрона.

Протоны несут положительный заряд и являются мельчайшими частицами ядра. Гелий с двумя протонами занимает второе место в периодической таблице. Углерод имеет шесть протонов, а кислород – восемь. Все элементы различаются по количеству содержащихся в них протонов.

Нейтрон представляет собой еще одну частицу, входящую в состав ядра атома. В отличие от протонов нейтроны не несут электрического заряда, они нейтральны, отсюда и их название.

Электрон – третья основная частица, составляющая атомы, обладает отрицательным электрическим зарядом. В каждом атоме одно и то же количество электронов и протонов. Однако в отличие от протонов и нейтронов электроны не находятся в ядре атома. Они вращаются вокруг ядра с высокой скоростью, что позволяет положительному и отрицательному полям существовать отдельно.

Различия в структуре атома (количество протон/электрон) определяют различия между элементами.

Главное правило классической химии состоит в том, что одни элементы не

могут превращаться в другие. Для того чтобы превратить железо (с двадцатью протонами) в серебро (с восемнадцатью протонами), потребовалось бы изъять восемь протонов из ядра железа. Но протоны связаны друг с другом большой ядерной силой, и их число в ядре можно изменить только в процессе ядерной реакции. Поэтому все протекающие на Земле реакции представляют собой химические реакции, основанные на обмене электронами, и не затрагивают ядра атома.

В средние века существовала наука алхимия, предшественница современной химии. Алхимики не имели представлений о периодической таблице и атомной структуре элементов и полагали, что можно превратить один элемент в другой (по вполне очевидным причинам любимым их занятием было превращение железа в золото). Теперь мы знаем, что этот процесс невозможно произвести в земных условиях. Для того чтобы такое превращение произошло, необходимы огромные температуры и силы давления, которые нереально получить ни в одной земной лаборатории.

Но это вполне реально, если найти подходящее место.

Такое место, оказывается, есть, и оно находится в самом сердце звезд.

Алхимические Лаборатории Вселенной: Красные Гиганты

Kırmızı devler, bizim Güneşimiz'den yaklaşık 50 kat daha büyük devasa yıldızlardır. Bu yıldızların içinde olağanüstü bir işlem gerçekleşir.

Температура, необходимая для того, чтобы преодолеть сопротивление ядер, составляет почти десять миллионов градусов по Цельсию. Вот почему «алхимия» в реальном смысле происходит только на звездах. Огромная энергия, возникающая на звездах средней величины, подобных Солнцу, является результатом соединения водорода и гелия.

Имея в виду эту краткую справку по химии элементов, давайте вернемся к тому, что произошло сразу же после Большого Взрыва. Мы уже говорили о том, что после Большого Взрыва во Вселенной существовали только атомы гелия и водорода. Астрономы полагают, что звезды-солнца (одной из которых является наше Солнце) формируются в результате сжатия облаков, состоящих из водорода и гелия, до такой степени, что начинается термоядерная реакция, в результате которой водород превращается в гелий. Так возникают звезды. Но наша Вселенная все еще безжизненна. Для возникновения жизни необходимы более тяжелые элементы, особенно кислород и углерод. Должны начаться процессы, в результате которых гелий

смог бы превратиться в другие, более тяжелые элементы.

Оказывается, «заводами» по производству тяжелых элементов являются красные гиганты – класс звезд, которые в пятьдесят раз больше Солнца.

Температура красных гигантов гораздо выше температуры звезд солнечного типа, и поэтому они могут делать то, что не могут другие звезды: они превращают гелий в углерод. Однако даже для красных гигантов сделать это не просто. Как говорит астроном Гринштайн: «Даже теперь, когда мы имеем ответ (на то, как они это делают), метод, который они используют, кажется удивительным» 32 .

Атомный вес гелия – 2, т.е. его ядро состоит из двух протонов, атомный вес углерода – 6. В фантастически высоких температурах красных гигантов три атома гелия соединяются в один атом углерода после Большого Взрыва. Но, как мы сказали, сделать это нелегко. Почти невозможно заставить два атома гелия объединиться, не говоря уж о трех. Но как же тогда соединились шесть необходимых для углерода протонов?

Это двухступенчатый процесс. Сначала два атома гелия соединяются в промежуточный элемент с четырьмя протонами и четырьмя нейтронами. Затем к промежуточному элементу добавляется третий атом гелия и образуется атом углерода с шестью протонами и шестью нейтронами.

Промежуточный элемент – бериллий. Бериллий встречается на Земле, но бериллий красных гигантов отличается от него одним очень важным свойством. Он состоит из четырех протонов и четырех нейтронов, в то время как земной бериллий имеет пять нейтронов. Бериллий красных гигантов – это несколько видоизмененный вариант земного бериллия, то, что в химии называется «изотопом».

А теперь нас ждет настоящая неожиданность. Изотоп бериллия красных гигантов удивительно нестойкий. Ученые, которые изучали этот изотоп, установили, что, как только он образуется, он вновь распадается за 0,000000000000001 долю секунды.

Каким же образом столь нестойкий изотоп бериллия, способный формироваться и распадаться в кратчайшие сроки, в состоянии соединиться с атомом гелия и превратиться в атом углерода? Это все равно что попытаться положить третий кирпич на два других, которые разлетаются в течение 0,000000000000001 доли секунды, как только возникнет конструкция из трех кирпичей, где один расположен поверх другого. Каким образом этот процесс осуществляется на красных гигантах? Физики долго недоумевали по этому поводу, не находя ответа. Наконец американский астрофизик Эдвин Салпетер нашел ключ к разгадке этой тайны, введя понятие «атомный резонанс».

Резонанс И Двойной Резонанс

Резонанс понимается как равенство частоты колебаний двух различных материалов.

Простой пример из жизни может дать нам представление, что физики имеют в виду под «атомным резонансом». Представьте себе, что вы и ваш ребенок находитесь на игровой площадке с качелями. Ребенок сидит на качелях, вы толкаете качели, и ребенок начинает качаться. Чтобы качели не останавливались, вы все время толкаете их сзади. Но очень важен ритм этих толчков. Каждый раз, когда качели оказываются наравне с вами, вы в нужный момент, т.е. когда качели достигают самой высокой точки в движении по направлению к вам, толкаете их. Если вы толкнете качели слишком рано, то произойдет сбой ритма движения, если же толчок будет произведен слишком поздно, то ваши усилия будут напрасны, потому что качели уже начнут движение от вас. Другими словами, частота толчков должна соответствовать частоте положений, когда качели оказываются вровень с вами.

Физики называют такое «соответствие частот» резонансом. Движение качелей имеет определенный уровень частоты: например, они достигают вас каждые 1,7 секунды. Разумеется, если вы захотите, вы можете изменить частоту движения качелей, но, если вы сделаете это, вам также придется изменить частоту толчков, в противном случае качели не будут качаться ритмично 33 .

Так же, как резонируют два или более движущихся тела, резонанс может возникнуть, когда одно движущееся тело вызывает движение другого. Такой тип резонанса часто наблюдается в музыкальных инструментах и называется «акустическим резонансом». Например, он может возникнуть между двумя хорошо настроенными скрипками. Если на скрипке играют в комнате, в которой находится другая скрипка, то ее струны будут вибрировать и производить звук, даже если никто не касается ее струн. Это происходит потому, что оба инструмента были настроены на одну и ту же частоту, вибрация струн одной из скрипок вызывает вибрацию струн другой 34 .

Это простые примеры резонанса, которые легко наблюдать в жизни. В физике существуют другие, более сложные типы резонанса. Так, в случае с атомными ядрами резонанс может быть очень сложным и необыкновенно чувствительным к различным воздействиям.

Каждое ядро атома обладает определенным уровнем естественной энергии, которую физики смогли определить только после длительных исследований. Уровни этой энергии абсолютно разные. Тем не менее, было обнаружено несколько редких случаев резонанса атомных ядер. Когда такой резонанс возникает, движение ядер находится в гармонии друг с другом, как в случае с качелями или скрипкой. Важным обстоятельством является то, что этот резонанс ускоряет ядерные реакции, что не может не оказать воздействия на ядра атомов 35 .

Fred Hoyle, kırmızı devlerin içinde gerçekleşen nükleer reaksiyonların olağanüstü dengesini keşfeden kişiydi. Hoyle, bir ateist olmasına rağmen, bu dengenin tesadüfen kurulamayacağını ve "ayarlanmış bir iş" olduğunu kabul etti.

Эдвин Салпетер, изучая способ, которым на красных гигантах создается углерод, высказал предположение, что между гелием и бериллием существует резонанс, который способствует соединению атомов гелия с бериллием, ускоряя эту реакцию. Это могло бы объяснить подобную реакцию на красных гигантах, однако последующие исследования не подтвердили данное предположение.

Астроном Фрез Хойл также занимался этим вопросом. Он продвинул идею Салпетера несколько дальше, введя понятие «двойного резонанса». Хойл говорил, что должно существовать два резонанса: один – который способствовал бы соединению двух атомов гелия с бериллием, и другой – который заставлял бы третий атом гелия присоединиться к этой хрупкой конструкции. Никто не поверил Хойлу. Было достаточно трудно принять мысль о возникающем один раз, абсолютно точно рассчитанном резонансе, и уж совершенно невозможной казалась вероятность появления такого резонанса второй раз. Хойл проводил свои исследования в течение многих лет и в конце концов доказал, что его мысль была правильной: действительно, на красных гигантах имел место двойной резонанс. В определенный момент в унисон начинали резонировать два атома гелия, и в течение 0,000000000000001 доли секунды появлялся необходимый для создания углерода атом бериллия. Джорж Гринштайн пишет, почему двойной резонанс представляет собой удивительный механизм:

«В этом удивительном явлении присутствуют три различные структуры – гелий, бериллий и углерод – и два отличающихся друг от друга резонанса. Трудно понять, почему ядра этих элементов так хорошо взаимодействуют друг с другом. Другие ядерные реакции не представляют собой такой удивительной цепочки благоприятных возможностей. Это все равно что обнаружить резонанс между машиной, велосипедом и грузовиком. Почему же тогда такие разные структуры великолепно смешиваются друг с другом? А ведь от этого зависит наше существование и существование всех форм жизни во Вселенной» 36 .

Несколькими годами позже было установлено, что элементы, подобные водороду, также возникли в результате таких удивительных резонансов. Последовательный материалист Фред Хойл, открывший эти «необыкновенные превращения», вынужден был признать в книге «Галактика, ядра и квазары», что двойной резонанс является результатом некоего замысла, а не простого совпадения 37 . В другой статье он писал: «Если бы вы захотели создать углерод и водород в равных количествах посредством звездного ядерного синтеза, вам пришлось бы установить те уровни, которые характерны только для них. Разумное объяснение этих фактов предполагает, что некий высший интеллект позабавился с физикой, химией и биологией и что в природе нет никаких слепых сил, о которых стоило бы говорить. Числа, полученные на основании этих фактов, кажутся столь впечатляющими, что нет никаких причин подвергать сомнению это заключение» 38 .

Хойл заявил, что ученые не должны оставить без внимания этот неизбежный вывод:

«Я не верю, что ученый, который изучал эти данные, не пришел бы к заключению, что законы ядерной физики были созданы с учетом тех последствий, которые они вызывают внутри звезд» 39 .

Эта простая истина была раскрыта в Коране 14 столетий тому назад. Аллах говорит о гармонии сотворения небес в следующем аяте:

«Ужель не видите вы, как Аллах построил семь небес рядами?» (Коран, 71:15).

Малая Алхимическая Лаборатория: Солнце

1. Hidrojen tabakası 2. Isı, üst hidrojen tabakası geçiyor 3. Yüzeye ulaştırılan ısı 4. Helyum çekirdek

Güneş gerçekte dev bir nükleer reaktördür. Sürekli olarak hidrojen atomlarını helyuma dönüştürür ve bu sayede ısı enerjisi üretir. Ancak önemli olan, Güneş'in içindeki bu reaksiyonların olağanüstü bir hassasiyetle ayarlanmış oluşudur. Reaksiyonları belirleyen kuvvetlerdeki en ufak bir farklılık, Güneş'in ya hiç yanmamasına, ya da birkaç saniye içinde havaya uçmasına neden olacaktır.

Превращение гелия в углерод – это алхимическая реакция, возможная на красных гигантах. На меньших по размеру звездах, подобных нашему Солнцу, происходит более упрощенная алхимическая реакция. Солнце превращает водород в гелий, что является источником его энергии.

Эта реакция не менее важна для нашего существования, чем реакции, имеющие место на красных гигантах. Более того, ядерная реакция Солнца, так же как реакции, протекающие на красных гигантах, – это хорошо спланированный процесс.

Водород – элемент, необходимый для осуществления этой реакции, является простейшим элементом Вселенной, его ядро состоит всего лишь из одного протона. В ядре гелия два протона и два нейтрона. Процесс, происходящий на Солнце, представляет собой слияние четырех атомов водорода и одного атома гелия.

Во время этого процесса высвобождается огромное количество энергии. Практически вся тепловая и световая энергия, достигающая Земли, является результатом ядерной реакции Солнца.

Как реакции на красных гигантах, так и солнечная ядерная реакция, могут происходить, оказывается, только при условии целого ряда неожиданных условий. Невозможно просто соединить четыре атома водорода и превратить их в гелий. Чтобы это произошло, необходим двухступенчатый процесс, подобный тому, который происходит на красных гигантах. На первом этапе два атома водорода, соединившись, образуют промежуточное ядро – дейтрон, с одним протоном и одним нейтроном.

Какая сила настолько велика, что может создать дейтрон, смешав два ядра? Это – большая ядерная сила, одна из основных сил Вселенной, о которой речь уже шла выше. Это самая мощная ядерная сила во Вселенной, которая в миллиард в третьей степени раз превышает гравитационную силу. Ничто, кроме этой силы, не может соединить два ядра таким образом.

1. Tek protonlu hidrojen çekirdekleri 2. İki proton ve iki nötronlu helyum çekirdeği 3. Tek protonlu hidrojen çekirdekleri 4. Bir proton ve bir nötrona sahip "dötron" çekirdeği 5. Tek protonlu hidrojen çekirdekleri 6. İki protona sahip "di-proton" çekirdeği

Güneşteki Hassas Reaksiyon

1) Güneş'te dört ayrı hidrojen çekirdeği birleşip tek bir helyum oluşturur. (üstteki şekil) 2) Ama bu iki aşamalı bir işlemdir. Önce iki hidrojen birleşir ve "dötron" çekirdeği ortaya çıkar. (alttaki şekil) Bu dönüşüm yavaş bir şekilde gerçekleşir ve bu sayede Güneş "yavaş yavaş" yanar. 3) Ancak eğer güçlü nükleer kuvvet birazcık bile daha güçlü olsa, bu kez dötron yerine "di-proton" oluşacaktır. (yan sayfadaki şekil) Bu durumda ise, nükleer yapı aniden değişecek ve Güneş birkaç saniye içinde korkunç bir patlama ile havaya uçacaktır. Birkaç dakika sonra ise tüm Dünya korkunç alevlerle yanıp kömürleşecektir.

Любопытно то, что, как показывают исследования, большая ядерная сила велика ровно настолько, насколько это необходимо для данной реакции. Если бы она была чуть слабее, она оказалась бы неспособной соединить два ядра. В таком случае два протона, приблизившись друг к другу, тут же начали бы отталкиваться, и солнечная реакция прекратилась бы, не успев начаться. Другими словами, Солнце не существовало бы как звезда, излучающая энергию. По этому поводу Джордж Гринштайн говорит: «При условии, что большая ядерная сила оказалась бы чуть меньше, свет во Вселенной никогда бы не зажегся» / 40 .

С другой стороны, что бы произошло, если бы эта сила была чуть больше? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более детально рассмотреть процесс превращения двух атомов водорода в дейтрон. Сначала один из протонов теряет свой электрический заряд и становится нейтроном. Нейтрон при соединении с протоном образует дейтрон. Сила, вызывающая это соединение, представляет собой большую ядерную силу, а сила, которая превращает протон в нейтрон, это малая ядерная сила. Однако она мала лишь относительно, и достаточно десяти минут, чтобы осуществить это превращение. На атомном уровне это очень большой период времени, и эта сила замедляет скорость реакции, с которой она протекает на Солнце.

Давайте вернемся к нашему вопросу: что случилось бы, если бы большая ядерная сила была чуть больше? Реакция на Солнце в таком случае была бы совершенно иной, поскольку малая ядерная сила не участвовала бы в этой реакции.

Если бы большая ядерная сила была больше, чем она есть, она смогла бы соединить два протона в один сразу же, и ей не пришлось бы ждать десять минут, пока протон не превратится в нейтрон. В результате этой реакции появилось бы одно ядро с двумя протонами вместо одного дейтрона. Ученые называют такое ядро «ди-протоном». Эта частица существует только теоретически, поскольку ее никто никогда не наблюдал в естественных условиях. Но при более мощной большой ядерной силе на Солнце были бы реальные, а не теоретические «ди-протоны». Значит ли это, что, исключив стадию превращения протона в нейтрон, мы исключили бы и тот «регулятор», который замедляет работу

«двигателя» Солнца до нужного уровня? Джордж Гринштайн объясняет, что произошло бы в таком случае: «Солнце изменилось бы, поскольку первой стадией создания гелия было бы образование «ди-протона», а не дейтрона. И эта реакция вообще не включала бы стадию превращения протона в нейтрон. Малая ядерная сила не участвовала бы в этом процессе, действовала бы только большая ядерная сила, и в результате Солнце получило бы такую мощную, такую неуправляемую энергию, что оно, как и любая другая подобная ему звезда, тотчас взорвалось бы» 41 .

Взрыв Солнца превратил бы в пламя всю систему, и наша голубая планета мгновенно сгорела бы дотла. Однако, поскольку большая ядерная сила абсолютно точно рассчитана и оказывается ни слишком сильной, ни слишком слабой, звезды способны излучать свет и энергию миллиарды лет. Именно этот абсолютно точный расчет делает жизнь на Земле возможной. При малейшем отклонении от этого плана звезды (включая наше Солнце) не смогли бы существовать так, как они существуют, и взорвались бы в течение короткого времени.

Другими словами, структура Солнца не является ни случайной, ни созданной произвольно без всякого плана. Напротив, Аллах создал Солнце, чтобы люди могли жить, как сказано в аяте: «И Солнцу и Луне назначил срок движенья» (Коран, 55:5).

Протоны И Электроны

До сих пор мы рассматривали вопросы, связанные с силами, которые воздействуют на атомные ядра. В атоме существует еще одно очень важное равновесие: равновесие ядра и электронов.

Проще говоря, электроны вращаются вокруг ядра. Это происходит вследствие возникающего электрического заряда. Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны – положительный. Противоположные заряды притягиваются друг к другу, поэтому электроны притягиваются к ядру. Электроны также движутся с огромной скоростью, которой при нормальных условиях хватило бы, чтобы оторвать их от ядра. Эти две силы (тяготения и отталкивания) сбалансированы таким образом, что электроны вращаются по своим орбитам вокруг ядра.

Атомы также уравновешены в отношении их электрического потенциала: число вращающихся электронов равно числу протонов в ядре (например, кислород имеет восемь протонов и восемь электронов). Таким образом, электрическая сила атома уравновешивается, и он становится электрически нейтральным.

В этой очень простой схеме есть один момент, не замеченный многими учеными. Протон немного больше электрона и по размеру, и по весу. Если представить, что электрон равен каштану, то протон будет размером с человека: они совершенно не похожи друг на друга.

Но их электрические заряды равны!

1. Proton,	2. Elektron
Protonun kütlesi ve hacmi, elektronla kıyaslanamayacak kadar büyüktür. Ama ne ilginçtir ki bu iki parçacığın elektrik yükleri birbirine eşittir. Bu sayede atomun elektrik yükü dengelenir.

Для этого нет никакой явной причины, у электрона отрицательный заряд, а у протона – положительный. Кроме того, масса электрона намного меньше массы протона, и, следовательно, с точки зрения логики электрон должен обладать меньшим электрическим зарядом.

Что произошло бы, если бы это было так? В таком случае все атомы Вселенной имели бы не нейтральный, а положительный заряд. И, поскольку одинаковые заряды отталкиваются, все атомы Вселенной стремились бы оттолкнуться друг от друга, и материя в том виде, в каком мы ее знаем, не могла бы существовать.

Что произошло бы, если бы такое стало возможным и каждый атом начал бы отталкиваться от другого атома?

Произошли бы необыкновенные вещи. Давайте начнем с того, что изменилось бы в вашем теле. Как только то, о чем мы говорили выше, случилось бы, ваши руки и пальцы, в которых вы держите эту книгу, мгновенно разорвались бы. И не только руки, все ваше тело – ноги, глаза, зубы – взорвались бы в долю секунды.

В один момент взорвалась бы комната, в которой вы сидите, и весь мир вокруг вас. Все моря, горы, планеты Солнечной системы, звезды и галактики Вселенной взорвались и превратились бы в атомную пыль. Во Вселенной ничего не осталось бы, кроме беспорядочных атомов, сталкивающихся друг с другом.

На сколько должны различаться электрические заряды протонов и электронов, чтобы такие ужасные вещи не могли произойти? На один процент? Одну десятую процента? Джордж Гринштайн рассматривает этот вопрос в книге «Симбиотическая Вселенная»:

«Маленькие предметы, такие как камни, люди и др., разлетелись бы в разные стороны, если бы эти два заряда отличались друг от друга всего лишь на одну стомиллиардную часть. Структуры больших размеров, например Земля и Солнце, потребовали бы для своего существования еще более совершенного равновесия, равного одной миллиардной во второй степени» 42 .

Это необыкновенно точно рассчитанное равновесие является еще одним доказательством того, что Вселенная создана в соответствии с высшим замыслом и с определенной целью. Как утверждают Джон Д. Бэрроу и Фрэнк Дж. Типлер в книге «Антропологический космологический принцип»: «Во Вселенной присутствует высший замысел, направленный на создание разумной жизни» 43 .

Безусловно, за каждым планом стоит его создатель. Создатель Вселенной – Аллах, «Повелитель мира», о котором Коран говорит как о единственной Силе, сотворившей Вселенную из пустоты по Высшему замыслу и Божественной воле:

«Воздвигнул свод и учредил порядок совершенный» (Коран, 79:28).

Благодаря необыкновенному равновесию, которое мы рассмотрели в этой главе, материя постоянна, и это постоянство является свидетельством совершенства творения Аллаха, о чем говорит нам Коран:

«И лишь Ему принадлежит все в небесах и на земле, и все послушно Его Воле» (Коран, 30:26).