Что написано на доске из сериала Fallout
Я очень люблю серию игр Fallout. Во вторую часть этой франшизы я играл, наверное, полтора десятка раз. К слову, не я один испытываю к ней теплые чувства: издатель N + 1 Андрей Коняев также включил Fallout 2 в список любимых игр.
К сожалению, мое хобби искать интересную физику в играх (до этого я писал про Black Mesa, Bioshock Infinite, Quantum Break и другие) обычно никак не пересекается с Fallout. Причиной я бы назвал «мягкость» фантастики в этих играх. Все-таки Fallout — это больше про гротескность мира постъядерных пустошей, замешанную на видимой несерьезности и черном юморе, чем про попытку смоделировать апокалипсис в научном ключе. Нет оснований ожидать, что разработчики потратят силы на продумывание фантастических технологий с точки зрения физики, — а обычно за чем-то подобным я и охочусь.
Это правило, кажется, нарушили авторы сериала Fallout, первый сезон которого вышел в апреле 2024 года, а второй — запланирован на декабрь 2025 года. Во втором эпизоде под названием «Цель» я обнаружил меловую доску, исписанную весьма нетривиальными формулами.
Дальше небольшие спойлеры!
Она висит в комнате доктора Зигги Вильцига, полного тезки знаменитого американского бизнесмена с внешностью Эрвина Шрёдингера. В сериале нам показывают, что Вильциг изучает поведение собак и дрессирует их в лабораториях военизированной организации Анклав. На левой части доски можно найти эволюционное дерево, которое создатели сериала позаимствовали у Чарльза Дарвина.
Вместе с этим у Вильцига есть доступ к технологии холодного ядерного синтеза, что играет важную роль в сюжете. Фанаты уверены, что правая часть доски доказывает, что ученый также работал над этой физической проблемой. Возможно, авторы сериала действительно хотели намекнуть на холодный синтез. Но что же в действительности там изображено?
Это может показаться неочевидным, но «физическое» содержимое доски состоит из двух частей.
Во-первых, представленные формулы в точности совпадают с приведенными в задаче номер 1006 решебника по атомной и ядерной физике за авторством Юнг-Куо Лима (Yung-Kuo Lim). В ней просят выяснить, за счет какого механизма произойдет уширение спектральной линииСпектральные линии принято описывать двумя числами: положением максимума, которое выражается в длинах волн или частотах, и шириной. Последнее определяет, грубо говоря, сколько места занимает линия на спектральном диапазоне. Важная задача спектроскопии — разобраться в причинах уширения линий. видимого диапазона иона углерода-12, который находится в равновесной плазме с температурой 20 электронвольт (примерно 230 тысяч кельвин). Из решения можно узнать, что доплеровское уширение ГD при таких условиях составляет около двух обратных сантиметров и доминирует над столкновительным уширением ГC, которое на много порядков меньше.
Во-вторых, слова и графики на доске отсылают к теории термоядерных превращений, то есть ядерных реакций, которые становятся возможными благодаря тепловому движению ядер. Если вкратце, ответственное за это сильное взаимодействие экранируется кулоновским отталкиванием, которое растет по мере сближения ионов. Этот барьер можно преодолеть (то есть туннелировать сквозь него) при достаточной кинетической энергии реагентов.
Вероятность преодоления барьера монотонно растет вместе с увеличением энергии ядер. А вот вероятность встретить такие частицы при типичных температурах в реакторе, напротив, убывает согласно распределению Максвелла. Таким образом, где-то в промежуточной области энергий частицы гораздо охотнее участвуют в термоядерных реакциях. Эта область называется окном Гамова.
Главное противоречие между содержанием доски и сюжетом сериала кроется в том, что для активного протекания термоядерной реакции необходима температура в сотни миллионов градусов (за подробностями отсылаю читателя к нашему материалу «Солнце — в бутылку!»). При этом холодный ядерный синтез происходит при существенно меньших, в идеале комнатных температурах.
Задача 1006 тоже здесь не к месту. Конечно, термоядерный синтез с участием углерода существует и даже активно протекает в звездах. Правда, температуры там, как правило, на восемь порядков выше, чем в задаче. Но более важно другое: эта задача относится к области атомной, а не ядерной физики. А если обыватель привык, что «атомная бомба» и «ядерная бомба» — это синонимы, то зачем ему разбираться в различиях одноименных физик?
В общем, сценаристы Fallout держат марку.