Теории всего на свете

Пирамида Окло

Новые объяснения в науке требуются, когда наблюдение не укладывается в рамки существующей теории. Сущность настоящего научного объяснения можно представить в виде пирамиды, стоящей вверх ногами, причем первое объяснение (зачастую просто какого-то отклонения от нормы) соответствует вершине пирамиды, а затем идут расширяющиеся слои следствий, причем каждый слой зависит от расположенного непосредственно под ним: процесс строительства такой перевернутой пирамиды продолжается, пока не возникнет сооружение, которое сможет дать удовлетворительное, убедительное и цельное объяснение.

Одно из моих любимых объяснений такого типа датируется 1972 годом. Речь идет о наблюдении небольшой аномалии в самом обычном с виду образце урановой руды из Окло – региона провинции Высокий Огу центральноафриканского государства Габон. Образец в рамках вполне рутинной процедуры анализировали в одной французской лаборатории. Природные материалы, где присутствует уран, обычно содержат два типа изотопов урана – уран-238 и уран-235. Основная часть атомов – уран-238, но около 0,7 % – уран-235. Точнее, эта величина составляет 0,720 %, но в образце, доставленном во Францию, этот показатель равнялся «всего» 0,717 %, т. е. в нем, вопреки ожиданиям, «не хватало» 0,003 % атомов урана-235.

Подобные отклонения в распределении урановых изотопов, как считалось, могут возникать лишь в искусственной среде ядерного реактора, где уран-235 бомбардируется нейтронами в ходе цепной реакции, которая трансформирует атомы и приводит к изменению их естественной пропорции. Но этот образец прибыл из габонской шахты, а в ту пору в Африке вообще не было ни одного ядерного реактора. Так что объяснение найти было невозможно. Или все-таки возможно?

Лет за двадцать до этого ученые высказали предположение, что где-то на Земле некогда существовали условия, в которых урановая руда вела себя, словно в природном ядерном реакторе. Специалисты решили, что для этого необходимы три условия:

1. Размер месторождения урана должен превышать среднее расстояние, которое пролетают нейтроны, высвобождающиеся при такой ядерной реакции (около 70 см).

2. Доля атомов урана-235 должна превышать ту, что свойственна нынешним природным урановым рудам, составляя целых 3 % вместо сегодняшних 0,720 %.

3. Как и в рукотворных ядерных реакторах, здесь должен иметься так называемый модератор – вещество, которое «укутывает» испускаемые нейтроны, замедляя их и тем самым способствуя тому, чтобы они запускали процесс ядерного распада.

Эти условия как раз и применимы к месторождению Окло, каким оно было 2 миллиарда лет назад. Урановые залежи были гораздо больше минимального предсказанного размера. Более того, уран-235 имеет период полураспада 704 миллиона лет, распадаясь вшестеро быстрее, чем атомы урана-238, так что несколько периодов полураспада назад (как раз примерно за 2 миллиарда лет до наших дней) в этих рудах было гораздо больше урана-235 – достаточное количество, чтобы запустить устойчивую цепную реакцию. Если провести экстраполяцию в прошлое, можно прикинуть, что пропорции содержания изотопов составляли бы тогда приблизительно 97 к 3, а не сегодняшние 99,3 к 0,7. И наконец, слои породы, содержащие уран, первоначально соприкасались с грунтовыми водами, поэтому можно предположить, что происходило следующее:

Цепная реакция началась в породах, окруженных водой. Атомы урана стали расщепляться, отдавая тепло. Тепло заставило воду вскипеть, лишая ее способности служить модератором реакции. Нейтроны вырвались на свободу, остановив реакцию. Пар, остывая, сконденсировался в воду и начал сдерживать испускание нейтронов. В системе оставалось больше нейтронов, они помогали расщеплять атомы и заново запускали цепную реакцию.

Объяснение микроскопической аномалии в соотношении двух изотопов атома в маленьком обломке породы привело к описанию целой череды событий, которые произошли в не совсем обычном месте Земли миллиарды лет назад. На протяжении 150 миллионов лет происходило, вероятно, вот что: природный ядерный реактор вырабатывал тепло в течение примерно получаса, затем на два с половиной часа прекращал работу, после чего вновь раскочегаривался, производя в среднем около 100 кВт энергии (как средний автомобильный мотор). Это объяснение не только глубоко, элегантно и красиво: оно еще и неопровержимо. Оно не зависит от предвзятых мнений или желаний, чем выгодно отличается от множества других «объяснений» того, как устроен и функционирует мир. В этом – могущество истинной науки.