Земля все ще має величезні запаси викопного палива, але ми використовуємо його значно швидше, ніж природа здатна його відтворити. Населення світу й далі зростає, зокрема в таких країнах, як Китай та Індія, тим часом стрімко розвиваються і енергоємні технології. І справді уникнути цього неможливо. Ми стоїмо перед загрозою дуже серйозної енергетичної кризи. Як нам її подолати?
По-перше, важливо усвідомити, яку величезну кількість електроенергії ми споживаємо щодня, й намагатися використовувати її менше. Як на мене, я досить скромний енергоспоживач, але оскільки я мешкаю в Сполучених Штатах, упевнений, що все одно споживаю в чотири-п’ять разів більше, ніж у середньому у світі. Я користуюся електрикою. Для опалення, нагрівання води та приготування їжі використовую газ. Я їжджу на машині — не дуже часто, але все-таки спалюю якусь кількість бензину. Якщо все це додати, думаю, я у 2009 році споживав у середньому приблизно 100 мільйонів джоулів (30 кіловат-годин) енергії на день, з яких приблизно половина припадає на електроенергію. В енергетичному еквіваленті це наче експлуатувати дві сотні рабів, які гарували б на мене як прокляті по дванадцять годин на день. Подумайте про це! Колись дозволити собі таке могли тільки найзаможніші монархи. У які неймовірно розкішні часи ми живемо! Кожного божого дня на мене працюють двісті рабів по дванадцять годин без перерви — і все для того, щоб я міг жити так, як хочу. За 1 кіловат-годину електроенергії, тобто 3,6 мільйона джоулів, я сплачую лише 25 центів. Тому мій сумарний рахунок за місяць (я порахував сюди газ і бензин, бо їхня вартість на одиницю енергії не дуже відрізняється) за цих двохсот рабів становить у середньому 225 доларів. Це більше долара за раба на місяць! Таким чином, зміна ставлення конче потрібна. Але цього недостатньо.
Серйозно вплинути на ситуацію можна, перейшовши на використання енергоощадних пристроїв, наприклад замінити лампи розжарювання на люмінесцентні. Я сам спостерігав досить різкі зміни. У моєму будинку в Кембриджі за 2005 рік було спожито електроенергії на 8860 кіловат-годин, а за 2006-й — 8317 кіловат-годин. Сюди враховано освітлення, кондиціонер, пральну машину й сушарку (для нагрівання води, приготування їжі й опалення я використовую газ). У середині грудня 2006 року мій син Чак (засновник організації New Generation Energy) зробив мені пречудовий подарунок: замінив усі лампи розжарювання в моєму будинку (їх було 75) на люмінесцентні. Споживання електроенергії зменшилося до 5251 кіловат-години у 2007 році, 5184 кіловат-годин у 2008-му та 5226 кіловат-годин у 2009 році. Завдяки цьому скороченню мого електроспоживання на 40 відсотків мій щорічний рахунок зменшився приблизно на 850 доларів. Оскільки в США на освітлення припадає приблизно 12 відсотків побутового споживання електроенергії і 25 відсотків для комерційного, то це безперечно правильний шлях!
Ідучи подібним шляхом, влада Австралії у 2007 році запланувала замінити по всій країні лампи розжарювання на люмінесцентні. Це не тільки дозволило значно скоротити викиди парникового газу, але й допомогло кожній сім’ї заощадити на електроенергії (як це зробив я). Проте зупинятися на цьому не можна.
На мою думку, якщо ми хочемо вижити, зберігши при цьому нинішню якість життя, то в нас є один спосіб — розвивати ядерний синтез як надійне й ефективне джерело енергії. Не розщеплення, під час якого ядра урану й плутонію розпадаються, виділяючи енергію для роботи ядерного реактора, а синтезу — коли атоми водню зливаються, утворюючи гелій, і при цьому вивільняється енергія. Ядерний синтез є джерелом енергії для зір і термоядерних бомб. З усіх відомих нам процесів саме під час ядерного синтезу виділяється найбільше енергії на одиницю маси — якщо не враховувати зіткнення матерії з антиматерією, яке неможливо використати як джерело енергії.
З досить складних причин для термоядерних реакторів придатні тільки певні різновиди водню — дейтерій і тритій. Дейтерій (ядро якого містить один протон і один нейтрон) досить поширений. Приблизно один з кожних 6000 атомів водню на Землі — це дейтерій. У Світовому океані приблизно мільярд кубічних кілометрів води, тому можна сказати, що запаси дейтерію практично необмежені. Природного тритію на Землі немає (він радіоактивний, з періодом піврозпаду близько дванадцяти років), але його легко отримати в ядерних реакторах.
Справжня проблема полягає в тому, щоб створити функціональний, практичний термоядерний реактор, яким можна керувати. Зараз ми аж ніяк не можемо бути впевненими, що нам це взагалі вдасться. Щоб ядра водню почали зливатися, потрібно створити тут, на Землі, температури в діапазоні сотень мільйонів градусів, наближені до температури в ядрі зір.
Науковці вже багато років інтенсивно працюють над реакціями ядерного синтезу — і я вважаю, що останнім часом значно активніше, — тому що, здається, дедалі більше країн усвідомлюють реальність енергетичної кризи. Звісно, це серйозна проблема. Але я не втрачаю надії. Урешті-решт за свою наукову кар’єру я не раз був свідком просто приголомшливих змін у своїй галузі, коли наші уявлення про Всесвіт ставали з ніг на голову. Наприклад, космологія, що раніше базувалася здебільшого на припущеннях і зовсім трохи на наукових фактах, тепер стала-таки експериментальною наукою, і ми надзвичайно багато дізналися про походження Всесвіту. Більшість навіть вважає, що ми живемо в золоту добу космології.
Коли я тільки починав дослідження в галузі рентгенівської астрономії, нам був відомий з десяток джерел рентгенівського випромінювання у глибокому космосі. Зараз ми відкрили десятки тисяч. П’ятдесят років тому, щоб умістити обчислювальні потужності вашого двокілограмового ноутбука, знадобилась би майже вся площа корпусу МТІ, у якому є мій кабінет. П’ятдесят років тому астрономи залежали від наземних оптичних і радіотелескопів — от і все, що було! Зараз у нас є не лише космічний телескоп «Габбл», а й низка рентгенівських супутникових обсерваторій, гамма-обсерваторій, а також ми використовуємо й будуємо нові нейтринні обсерваторії. П’ятдесят років тому навіть вірогідність Великого вибуху була відкритим питанням. Тепер ми не тільки вважаємо, що знаємо, яким був Всесвіт у першу мільйонну частку секунди після Великого вибуху. Ми впевнено досліджуємо астрономічні об’єкти віком понад 13 мільярдів років — ті, що сформувалися за перші 500 мільйонів років після вибуху, з якого виник наш Всесвіт. Зважаючи на ці колосальні відкриття й перетворення, як я можу не бути впевненим у тому, що науковцям вдасться розв’язати проблему керованого ядерного синтезу? Не хочу одразу применшувати труднощі чи нагальність цієї справи, але я вважаю, що це лише питання часу.
15 Куля-молот — призначена для руйнування будинків сталева куля, яку підвішують на тросі до стріли крана або екскаватора. — Прим. ред.
16 Якщо ви хочете використати це рівняння, як значення g візьміть 9,8, а висоту h виразіть у метрах. Тоді ви отримаєте υ у метрах за секунду. Якщо h дорівнює 1,5 метра (над підлогою), тіло впаде на підлогу на швидкості приблизно 5,4 метра за секунду, або 19,4 кілометра за годину.
17 Французька назва теплецю (calorique) збереглася в назві одиниці кількості тепла — калорії. — Прим. наук. ред.
18 Для простоти я округлив g до 10 метрів за секунду у квадраті — так часто роблять у фізиці.
Розділ 10
Рентгенівські промені з космосу
Небо завжди і вдень, і вночі викликало багато запитань у людей, які ще здавна прагнули зрозуміти світ навколо, і це одна із причин, чому фізиків так причаровувала астрономія. «Що таке Сонце? — розмірковуємо ми. — Чому воно рухається?» І що таке Місяць, планети й зорі? Подумайте, скільки часу й знань знадобилося нашим предкам, щоб усвідомити, що планети відрізняються від зір, що вони обертаються навколо Сонця і за їхніми орбітами можна спостерігати, їх можна позначити на карті, пояснити й передбачити. Багато з найвизначніших учених XVI–XVII століть, зокрема Миколай Коперник, Галілео Галілей, Тихо Браге, Йоганн Кеплер, Ісаак Ньютон, звертали погляд до неба, намагаючись викрити ці нічні таємниці. Уявіть захват Галілея, коли він, спрямувавши телескоп на Юпітер, який здавався просто світловою цяткою, побачив навколо його орбіти чотири маленькі супутники. І водночас учені, напевно, дуже засмучувалися, що вони так мало знають про зорі, які щоночі з’являються на небі. Цікаво, що і давньогрецький учений Демокріт, і астроном XVI століття Джордано Бруно припускали, що зорі схожі на наше Сонце, але в них не було доказів, які підтвердили б цю гіпотезу. Що ж таке зорі? Як вони тримаються на небі? Яка до них відстань? Чому деякі з них яскравіші? Чому вони різних кольорів? І що це за широка смуга світла простягається через усе небо, яку видно в ясну ніч?
