Почему светят звезды

Описание: Сейчас каждый школьник знает (или должен знать), что звезды – это огромные шары раскаленной плазмы, и светят они потому, что в ядрах звезд происходят ядерные реакции синтеза – водород превращается в гелий, и при этом выделяется огромная энергия. А в массивных звезда гелий может превращаться в более тяжелые элементы – вплоть до железа. Но сто лет назад никто правильного ответа на этот вопрос не знал.
А во времена Галилея, когда научный метод познания был в зачаточном состоянии, никто не мог даже сказать, что представляют собой мерцающие точечки на ночном небе. Почему звезды такие разные? Почему одни яркие (Сириус, Вега), а другие слабые? Почему одни желтые, другие белые, оранжевые, красные и даже зеленые? И главный вопрос: почему звезды светят?
Наука ответила на этот вопрос только в конце двадцатых годов прошлого века. Долгие столетия звезды оставались для людей яркими наклейками на тверди неба. И это считалось «окончательным ответом» на вопрос: что такое звезды, и почему они светят. Да потому светят, что Бог вложил в них такое свойство!
Наука в исследовании звезд началась, когда звезды «отлепили» от небесного свода, а сам свод стал необозримо огромным внеземным пространством. В 1830 году Фридрих Бессель измерил расстояние до довольно слабой звездочки 61 Лебедя. Измерив угловой размер окружности, описываемой на небе 61 Лебедя, и зная диаметр земной орбиты (примерно 150 миллионов км), Бессель определил расстояния до звезды. Оказалось, 61 Лебедя находится от нас на поистине огромном расстоянии: свету нужно 11 лет, чтобы пройти этот путь!
Почти два века назад удалось наконец измерить, сколько энергии излучают Солнце и звезды. Энергия эта оказалась настолько огромной, что долгое время загадка звездного излучения представлялась неразрешимой.
Естественно, ученые предлагали гипотезы о причине звездного излучения. Начали с самой простой идеи: звезды нагреты до очень высоких температур. Постепенно они остывают и, наконец, становятся невидимы.
Идея самая простая и потому – неверная.
В ХХ веке физики открыли, что легкие атомы могут соединяться и образовывать атомы более тяжелых химических элементов. Эксперименты показали, что, если соединяются два атомных ядра, то масса возникшего более тяжелого ядра – меньше, чем сумма масс первоначальных ядер! Куда девается лишняя масса? Ответ наука уже могла дать, потому что Эйнштейн опубликовал свою формулу Е = mc2. Лишняя масса – это лишняя энергия! Энергия излучения. Когда ядра атомов водорода, соединяясь, образуют ядро атома гелия, выделястся огромная энергия.
Сто лет назад, в 1920 году, английский астроном сэр Артур Эддингтон предложил идею, которая, казалось, могла ответить, наконец: почему излучают звезды. «Потому, - сказал Эддингтон, - что в глубине звезд очень высокие температуры и давления. Такие высокие, что начинают идти реакции соединения атомов водорода и превращения их в атомы гелия. Выделяется огромная энергия – она-то и идет на излучение!»
Красивая идея. Но противники Эддингтона справедливо ее оспорили: в недрах звезд температура и давление, по расчетам, оказались слишком малы, чтобы атомы водорода смогли столкнуться и взаимодействовать. В принципе, реакция превращения водорода в гелий может объяснить свечение звезд. Но ядра атомов водорода должны столкнуться, чтобы началась реакция синтеза. А они столкнуться не могут – мешает электрическая сила отталкивания!
Как раз тогда – в двадцатых годах ХХ века – возникла новая физическая дисциплина: квантовая механика. Кроме электромагнитных и гравитационных взаимодействий, в микромире существуют еще и ядерные силы – мощнейшие силы притяжения, действующие на очень коротких расстояниях, сравнимых с размерами атомных ядер. Ядерные силы вполне могут уравновесить электрические силы отталкивания.
Но между летящими друг к другу протонами электрические силы отталкивания создают энергетический барьер. А ядерные силы оказались слишком короткодействующими – они могли бы спасти ситуацию, если бы протонам удалось приблизиться друг к другу на расстояние, сравнимое с их собственными размерами, но энергетический барьер не позволял такому произойти!
Проблему энергетического барьера разрешил Георгий Гамов, предложивший красивую идею «туннельного эффекта». Если в классической физике вероятность, что протону удастся перескочить через барьер, была строго равна нулю, то в физике квантовой оказалась не равна нулю вероятность, что протон и не станет перескакивать барьер, а проникнет сквозь него, как через туннель. Потому и эффект назвали туннельным.
Но как это явление может быть связано с излучением звезд? Туннельный эффект означает, что снаружи сквозь энергетическую стену могут проникать протоны, а внутри распоряжаются огромные ядерные силы, которые заставят проникшие сквозь барьер протоны сцепляться с протонами атома водорода – и произойдет реакция синтеза».
Наука сумела объяснить, почему светят звезды.
Предлагаю в качестве иллюстрации прочитать мою повесть «Поводырь». Ссылка под видео.