На пороге преисподней: Кольская сверхглубокая скважина

«Доктор Губерман, какого черта вы откопали там внизу?» — реплика из зала прервала доклад российского ученого на заседании ЮНЕСКО в Австралии. За пару недель до этого, в апреле 1995 года, по миру прокатилась волна сообщений о таинственной аварии на Кольской сверхглубокой скважине..

Якобы на подходе к 13-му километру приборы зафиксировали странный шум, доносящийся из недр планеты, — желтые газеты в один голос уверяли, что так звучать могут только вопли грешников из преисподней. Через несколько секунд после появления страшного звука прогремел взрыв…

Космос под ногами

В конце 70-х — начале 80-х устроиться работать на Кольскую сверхглубокую, как запанибратски называют скважину жители поселка Заполярный Мурманской области, было сложнее, чем попасть в отряд космонавтов. Из сотен претендентов выбирали одного-двух.

Вместе с приказом о приеме на работу счастливцы получали отдельную квартиру и зарплату, равную двойному-тройному окладу московской профессуры. На скважине одновременно работало 16 исследовательских лабораторий, каждая — размером со средний завод. С подобным упорством землю копали только немцы, но, как свидетельствует Книга рекордов Гиннеса, самая глубокая немецкая скважина чуть ли не вдвое короче нашей.

Отдаленные галактики изучены человечеством куда лучше, чем то, что находится под земной корой в каких-то нескольких километрах от нас. Кольская сверхглубокая — своеобразный телескоп в загадочный внутренний мир планеты.

С начала XX века считалось, что Земля состоит из коры, мантии и ядра. При этом никто толком не мог сказать, где кончается один слой и начинается следующий. Ученые не знали даже, из чего, собственно, эти слои состоят. Еще каких-то 40 лет назад они были уверены, что слой гранитов начинается на глубине 50 метров и продолжается до 3 километров, а затем идут базальты. Встретить мантию ожидалось на глубине 15−18 километров. В реальности все оказалось совершенно иначе. И хотя в школьных учебниках все еще пишут, что Земля состоит из трех слоев, ученые с Кольской сверхглубокой доказали, что это не так.

Балтийский щит

Проекты путешествия в глубь Земли появились в начале 60-х сразу в нескольких странах. Бурить скважины старались в тех местах, где кора должна была быть потоньше — целью было достижение мантии. Например, американцы бурили в районе острова Мауи, на Гавайях, где, по данным сейсмических исследований, древние породы выходят под океанское дно и мантия находится примерно на глубине 5 километров под четырехкилометровой толщей воды. Увы, ни одна океанская буровая глубже 3 километров не пробилась.

Вообще, почти все проекты сверхглубоких скважин мистическим образом заканчивались на трехкилометровой глубине. Именно в этот момент с бурами начинало происходить что-то странное: то они попадали в неожиданные сверхгорячие области, то их как будто откусывал какой-то невиданный монстр. Глубже 3 километров прорвались всего 5 скважин, из них 4 — советские. И только Кольской сверхглубокой было суждено преодолеть отметку 7 километров.

Первоначальные отечественные проекты также предполагали подводное бурение — в Каспийском море или на Байкале. Но в 1963 году ученый-буровик Николай Тимофеев убедил Государственный комитет по науке и технике СССР в том, что нужно создать скважину на континенте. Хотя бурить придется несравненно дольше, полагал он, скважина будет куда ценнее с научной точки зрения, ведь именно в толще континентальных плит в доисторические времена происходили самые значительные перемещения земных пород. Точку бурения выбрали на Кольском полуострове не случайно. Полуостров расположен на так называемом Балтийском щите, который сложен из самых древних известных человечеству пород.

Многокилометровый срез пластов Балтийского щита — наглядная история планеты за последние 3 миллиарда лет.

Покорительница глубин

Внешний вид Кольской буровой способен разочаровать обывателя. Скважина не похожа на шахту, которую рисует нам воображение. Никаких спусков под землю, в толщу уходит только бур диаметром чуть больше 20 сантиметров. Воображаемый разрез Кольской сверхглубокой скважины выглядит как тонюсенькая иголочка, пронзившая земную толщу. Бур с многочисленными датчиками, находящийся на конце иголочки, поднимают и опускают в течение нескольких дней. Быстрее нельзя: прочнейший композитный трос может оборваться под собственным весом.

Что происходит в глубине, доподлинно неизвестно. Температура окружающей среды, шумы и прочие параметры передаются наверх с минутным запаздыванием. Тем не менее, бурильщики рассказывают, что даже такой контакт с подземельем может не на шутку испугать. Звуки, доносящиеся снизу, и впрямь похожи на вопли и завывания. К этому можно добавить длинный список аварий, преследовавших Кольскую сверхглубокую, когда она достигла глубины 10 километров. Дважды бур доставали оплавленным, хотя температуры, от которых он может расплавиться, сравнимы с температурой поверхности Солнца. Однажды трос как будто дернули снизу — и оборвали. Впоследствии, когда бурили в том же месте, остатков троса не обнаружилось. Чем были вызваны эти и многие другие аварии, до сих пор остается загадкой. Впрочем, вовсе не они стали причиной остановки бурения недр Балтийского щита.

12 226 метров открытий и немного чертовщины

«Имеем самую глубокую дыру в мире — так надо пользоваться!» — горько восклицает бессменный директор научно-производственного центра «Кольская сверхглубокая» Давид Губерман. В первые 30 лет существования Кольской сверхглубокой советские, а затем российские ученые прорвались на глубину 12 226 метров. Но с 1995-го бурение прекращено: стало некому финансировать проект. Того, что выделяется в рамках научных программ ЮНЕСКО, хватает только на поддержание буровой станции в рабочем состоянии и изучение ранее извлеченных образцов пород.

Губерман с сожалением вспоминает, сколько научных открытий состоялось на Кольской сверхглубокой. Буквально каждый метр был откровением. Скважина показала, что почти все наши прежние знания о строении земной коры неверны. Выяснилось, что Земля вовсе не похожа на слоеный пирог. «До 4 километров все шло по теории, а дальше началось светопреставление», — рассказывает Губерман. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров.

Соответственно, скважину можно будет рыть чуть ли не до 20 километров, как раз до мантии. Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 70 ºC, на семи — за 120 ºC, а на глубине 12 жарило сильнее 220 ºC — на 100 ºC выше предсказанного. Кольские бурильщики поставили под сомнение теорию послойного строения земной коры — по крайней мере, в интервале до 12 262 метра.

В школе нас учили: есть молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на 3 километра ниже, чем рассчитывали. Дальше должны были быть базальты. Их вообще не нашли. Все бурение прошло в гранитном слое. Это сверхважное открытие, ибо с теорией послойного строения Земли связаны все наши представления о возникновении и размещении полезных ископаемых.

Еще один сюрприз: жизнь на планете Земля возникла, оказывается, на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предполагалось. На глубинах, где считалось, что нет органики, обнаружили 14 видов окаменевших микроорганизмов — возраст глубинных слоев превышал 2,8 миллиарда лет. На еще больших глубинах, где уже нет осадочных пород, появился метан в огромных концентрациях. Это полностью и совершенно разрушило теорию биологического происхождения углеводородов, таких как нефть и газ

Демоны

Были и почти фантастические сенсации. Когда в конце 70-х годов советская автоматическая космическая станция привезла на Землю 124 грамма лунного грунта, исследователи Кольского научного центра установили, что он как две капли воды похож на пробы с глубины 3 километров. И возникла гипотеза: Луна оторвалась от Кольского полуострова. Теперь ищут, где именно.

В истории Кольской сверхглубокой не обошлось и без мистики. Официально, как уже упоминалось, скважина остановилась из-за недостатка средств. Совпадение или нет — но именно в том 1995 году в глубине шахты раздался мощнейший взрыв неустановленной природы. К жителям Заполярного прорвались журналисты финской газеты — и мир потрясла история о вылетевшем из недр планеты демоне.

«Когда меня об этой загадочной истории стали расспрашивать в ЮНЕСКО, я не знал, что ответить. С одной стороны, чушь собачья. С другой — я, как честный ученый, не мог сказать, что знаю, что же именно у нас произошло. Был зафиксирован очень странный шум, потом был взрыв… Спустя несколько дней ничего такого на той же глубине не обнаружилось», — вспоминает академик Давид Губерман.

Совершенно неожиданно для всех подтвердились прогнозы Алексея Толстого из романа «Гиперболоид инженера Гарина». На глубине свыше 9,5 километров обнаружили настоящий кладезь всевозможных ископаемых, в частности золота. Настоящий оливиновый пояс, гениально предсказанный писателем. Золота в нем 78 граммов на тонну. Кстати, промышленная добыча возможна при концентрации 34 грамма на тонну. Возможно, уже в недалеком будущем человечество сумеет воспользоваться этим богатством.

Источник ➝

Путешествия во времени — фантастика или реальность?

Путешествия во времени

В 1895 году английский фантаст Гербер Уэллс выпустил роман «Машина времени». В нем излагалась оригинальная идея: когда-нибудь ученые создадут устройство, позволяющее путешествовать в прошлое и будущее, возможно, даже вмешиваться в ход истории. С тех пор эта идея многим не дает покоя. И она уже привела физиков к открытию, которое без преувеличения можно назвать сенсационным.

Первые предпосылки к изучению теоретической возможности путешествий во времени появились после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал положения специальной и общей теорий относительности.

В первой из них утверждалась зависимость времени от скорости объекта: чем ближе к скорости света, тем время течет медленнее. Во второй — зависимость времени от гравитации: вблизи массивных тел время опять же течет медленнее.

Альберт ЭйнштейнАльберт Эйнштейн

Теории Эйнштейна произвели настоящую революцию в восприятии. Получалось, что машина времени «сконструирована» самой природой. К примеру, если корабль разогнать до околосветовых скоростей, то его экипаж унесется в далекое будущее. Для иллюстрации этого эффекта обычно используется «парадокс близнецов»: вернувшийся из полета к звездам космонавт будет моложе своего брата-близнеца, остававшегося на Земле.

Но куда эффектнее выглядят следствия из общей теории относительности. Получается, что ход времени можно изменить, искривляя пространство примерно таким же образом, как это делает гравитация. А если исхитриться и создать особое пространственное образование, называемое сегодня «кротовой норой» (или «червоточиной»), соединяющее удаленные точки пространства, то теоретически становится возможным нарушить причинно-следственную связь и оказаться на выходе из «норы» раньше, чем туда отправился.

Кротовая нора

Сам Эйнштейн отрицал существование «кротовых нор», поскольку, по его мнению, они должны сразу «коллапсировать». Однако позднее американский физик Кип Торн доказал, что для стабилизации «кротовых нор» может быть использована так называемая «экзотическая материя» (теоретический материал с отрицательной плотностью энергии), а вот невозможность ее наличия в реальности никем пока не доказана. Больше того, российские ученые Аркадий Попов, Сергей Сушков и Сергей Красников показали, что «экзотическую материю» в теории можно генерировать искусственно.

Получается, что никаких серьезных теоретических препятствий для создания машины времени нет. А если ее можно создать в теории, раньше или позже кто-нибудь обязательно додумается, как воплотить ее на практике. Почему же до сих пор мы не увидели ни одного путешественника во времени, который прибыл к нам из будущего? Или наша эпоха для них малоинтересна?

Кип ТорнКип Торн

Одна из гипотез, которая объясняет отсутствие таких путешественников, гласит, что перемещения во времени невозможны из-за нарушения причинно-следственных связей. В качестве иллюстрации можно привести классический парадокс «убитого дедушки». Если, допустим, путешественник во времени по какой-то причине захочет убить своего деда до зачатия своего отца и выполнит задуманное, то он сам исчезнет и не сможет убить деда.

То же самое можно сказать о любом серьезном вмешательстве в дела прошлого: нарушение причинно-следственных связей неизбежно разрушит Вселенную. Поэтому природа должна накладывать ограничения на такие нарушения. Тот же парадокс «убитого дедушки» можно разрешить при условии, что в какой-то момент у агрессивного путешественника во времени что-то пойдет не так и он не сумеет реализовать план убийства.

Другую гипотезу выдвинул известный астрофизик Карл Саган. Он полагал, что создатели машины времени достаточно могущественны, чтобы отслеживать причинно-следственные связи, поэтому, хотя они тайно находятся среди нас, им удается обходиться без вмешательства в исторический процесс.

Карл СаганКарл Саган

Чтобы доказать невозможность построения машины времени, американский физик Стивен Хокинг провел забавный эксперимент. Он разместил в газетах объявление с призывом ко всем пришельцам из будущего посетить его дом в ночь на ближайшее Рождество.

Он исходил из предположения, что в будущем кто-нибудь обязательно прочтет его приглашение и захочет навестить, воспользовавшись персональной машиной времени. Но никто к нему на Рождество так и не явился. Что же помешало совершить путешествие сквозь время? Стивен Хокинг считал, что возможны два варианта.

Первый вариант- пессимистический. Машина времени никогда не будет построена, либо ее построят и попытаются использовать, в результате чего произойдет некая глобальная катастрофа, которая поставит крест на развитии этой технологии.

Стивен ХокингСтивен Хокинг

И в самом деле, расчеты показывают, что для проникновения в прошлое по схеме, предложенной Кипом Торном, необходимы энергии, сопоставимые с энергией всей Вселенной и даже превышающие ее. Понятно, что вряд ли даже в отдаленном будущем мощь цивилизации поднимется до высот, позволяющих управлять подобными силами.

Второй вариант — оптимистический. Цивилизация будущего может изменить некую локальную область Вселенной так, что даже при использовании минимальных энергий путешествия во времени внутри этой области станут реальны. Стивен Хокинг назвал такую машину «финитной», то есть конечной как в пространстве, так и во времени.

В этом случае первые пришельцы из будущего появятся среди нас только после того, как глобальная машина времени Хокинга будет построена и запущена. Но ведь мы не сделали пока ничего похожего. Соответственно, можно успокоиться и не пытаться сегодня искать пришельцев среди нас.

Сет ЛлойдСет Ллойд

Пожалуй, самое удивительное открытие сделал другой американский физик Сет Ллойд, специализирующийся на квантовых вычислениях. Возможность построения машины времени он вывел, исследуя замкнутые временоподобные кривые (closed timelike curve) — мировые линии, которые приводят материальную частицу в исходную точку. В хитроумном эксперименте Сету Ллойду с коллегами удалось за счет квантовой телепортации скорректировать замкнутую кривую так, чтобы состояние фотона передавалось не в пространстве, а во времени.

Прежде всего, выяснилась интересная деталь: оказывается, передаваемое в прошлое квантовое состояние фотона в принципе не может повлиять на ее современное состояние, то есть природный запрет на возникновение парадокса «убитого дедушки» был доказан прямым опытом. Успех же эксперимента подтвердил, что квантовые состояния, которые, по сути, являются уникальной информацией, передавать в прошлое вполне возможно. Информационная машина времени построена.

Впрочем, в таком случае возникает новый парадокс, который получил название «недоказанной теоремы». Сет Ллойд сформулировал его так: допустим, некто читает доказательство теоремы в учебнике, после чего отправляет это доказательство в прошлое математику, написавшему учебник, еще до появления самой теоремы. Математик включает доказательство в книгу, которую в будущем прочтет его визави. Вопрос: откуда взялось доказательство?

Временоподобные кривые

Ллойд разрешает парадокс фантастическим способом: квантовый мир устроен так, что «содержит» в себе все возможные доказательства теоремы, поэтому то из них, которое появится в учебнике, предопределено будущим, а не прошлым.

Как перенести законы квантового мира на пространство больших материальных объектов, ученые пока не знают. Впрочем, в этом нет особой нужды. Главное — придуман способ преодолеть барьер времени. И когда-нибудь наука сделает следующий шаг — создаст передатчик, способный связываться с прошлым.

Возможно, физики из будущего уже пытаются связаться с нами и рассказать что-то важное. Только мы еще не сумели построить приемник, расшифровывающий подобные послания. Сумеем ли? Будущее покажет.

 

Популярное в

))}
Loading...
наверх