home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1990s / Time_Almanac_1990s_SoftKey_1994.iso / time / 051490 / 0514990.000 < prev    next >
Text File  |  1994-03-25  |  8KB  |  167 lines

  1. <text id=90TT1277>
  2. <title>
  3. May  14, 1990: He Ranks As A World-Class Scientist
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1990               
  7. May  14, 1990  Sakharov Memoirs                      
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SPECIAL BOOK EXCERPT, Page 64
  13. Why He Ranks as a World-Class Scientist
  14. </hdr>
  15. <body>
  16. <p>By Dennis Overbye
  17. </p>
  18. <p>[Dennis Overbye is the author of Lonely Hearts of the Cosmos, to
  19. be published this winter by Harper & Row.]
  20. </p>
  21. <p>     Andrei Sakharov's greatest achievements lie buried in
  22. missile silos and the bays of Backfire bombers. But enough of
  23. his other research slipped past the walls of national security
  24. to suggest that he was a great physicist as well as a great
  25. man.
  26. </p>
  27. <p>     Some of his work at the Installation concerned tapping the
  28. same terrible energy source that powers the hydrogen bomb--thermonuclear fusion--to provide an inexhaustible source of
  29. peaceful energy. Ordinary nuclear reactions produce energy from
  30. the splitting of atoms. In a thermonuclear reactor, the energy
  31. would come, as it does in the sun, from the fusing of hydrogen
  32. nuclei to form helium. Getting atoms to fuse, however, is much
  33. harder than getting them to split. To overcome the
  34. electrostatic repulsion between positively charged nuclei and
  35. bring them close enough to fuse, the hydrogen has to be
  36. squeezed to high densities and a temperature many times that
  37. at the center of the sun--about 100 million degrees. In bombs
  38. this trick is accomplished by setting off a nuclear explosion
  39. around a core of deuterium and tritium (heavy isotopes of
  40. hydrogen). That would not work very well in a reactor; what was
  41. needed was a "bottle" that could hold a 100-million-degree gas.
  42. </p>
  43. <p>     In 1951 Sakharov and his mentor Igor Tamm proposed that a
  44. magnetic field could serve as the bottle. At the high
  45. temperatures required for fusion, atoms are stripped of their
  46. electrons, resulting in a gaseous mixture of charged particles
  47. known as a plasma. Since a magnetic field can bend the paths
  48. of charged particles, a properly designed field could force the
  49. hot plasma particles to travel around in a circle, never
  50. hitting the sides of the container. His idea became the basis
  51. for tokamaks, the doughnut-shaped magnetic chambers that most
  52. researchers believe are the best hope for fusion-power sources.
  53. Ten years later, Sakharov thought of blasting a small pellet
  54. of deuterium and tritium on all sides with a powerful laser
  55. beam to generate fusion. Today multibeam laser systems capable
  56. of delivering tens of trillions of watts are racing their
  57. tokamak cousins to achieve sustainable fusion reactions.
  58. </p>
  59. <p>     As Sakharov's bomb work was winding down, he followed his
  60. friend Yakov Zeldovich into cosmology, and it was here that he
  61. made his other great mark. Sakharov's reputation would be
  62. secure if he had published only a single prophetic paper, which
  63. appeared in 1967. It addressed the question, Why is there
  64. matter in the universe?
  65. </p>
  66. <p>     By then cosmologists were beginning to accept seriously the
  67. notion that the universe had come into being as an infinitely
  68. hot and dense burst of energy known as the Big Bang. According
  69. to the laws of relativity and quantum mechanics, elementary
  70. particles of matter, such as quarks and electrons, could
  71. spontaneously appear in such an intense energy field.
  72. </p>
  73. <p>     But there was a hitch. For each type of elementary particle
  74. in nature there is an antimatter twin with identical mass but
  75. with opposite charge and spin. In a particle accelerator or any
  76. other arena, man-made or God-made, in which energy is
  77. transformed into matter, particles were created only in such
  78. matched pairs--a quark and an antiquark, say, or an electron
  79. and a positron. Their properties are precisely balanced so that
  80. they cancel each other and leave nature's balance sheet
  81. unviolated. This creation process is offset by destruction;
  82. when particle and antiparticle meet, they annihilate each other
  83. in a flash of radiation and revert back to energy.
  84. </p>
  85. <p>     According to the most elegant theories, therefore, the Big
  86. Bang should have produced equal amounts of matter and
  87. antimatter. The primordial fireball would have been a dense
  88. roiling stew of radiation and elementary particles condensing
  89. out of the ambient energy, annihilating each other,
  90. recondensing, then colliding and disappearing all over again.
  91. As the universe expanded and cooled, it would stop producing
  92. particles, and the remaining matter and antimatter would kill
  93. each other off. The present-day universe should be empty.
  94. </p>
  95. <p>     Yet the earth, the Milky Way galaxy and, as far as
  96. astronomers can tell, the rest of the visible universe are all
  97. made of matter. And except for the stray sparks created by
  98. cosmic rays and high-energy physics experiments, no antimatter
  99. is anywhere in sight. Where is it?
  100. </p>
  101. <p>     Through the '60s this question gnawed at cosmologists. Some
  102. speculated that matter and antimatter had separated into
  103. different realms, but nobody could think of a realistic sorting
  104. mechanism. Others briefly considered the possibility that the
  105. universe had been born "cold" with a seed stock of matter in
  106. the form of hydrogen atoms.
  107. </p>
  108. <p>     In his historic paper, Sakharov in effect turned the problem
  109. around. If the universe had started, as theory held, with equal
  110. quantities of matter and antimatter, what would be required to
  111. tilt the balance over time so that only matter existed today?
  112. This could happen, Sakharov said, if two conditions were met.
  113. </p>
  114. <p>     First there had to be forces or processes operating at the
  115. extreme high energies of the early universe that could create
  116. matter or antimatter independently of each other, violating
  117. what had been presumed to be an ironclad law known as the
  118. conservation of baryon number, the hypothetical marker that
  119. distinguished matter from antimatter. The second condition was
  120. that particles and antiparticles form and decay at slightly
  121. different rates, an effect that had actually been recently
  122. observed in the decay of a strange particle called the K-meson.
  123. </p>
  124. <p>     Sakharov showed that these two effects, along with the
  125. expansion and cooling of the universe, would combine in an
  126. intricate chain of reactions slightly favoring the production
  127. of matter and leading to a minuscule excess of matter. Only
  128. about one quark out of every billion that existed during the
  129. Big Bang would escape annihilation and survive to form the
  130. modern universe, but that was enough. From this trace of what
  131. had once existed would spring all the crystalline shapes and
  132. blazing stars and chains of galaxies.
  133. </p>
  134. <p>     Sakharov's paper was a prescription for the formation of
  135. matter and also for the future direction of physics. At the
  136. time he wrote, no force that would create matter or antimatter
  137. independently of each other was known or contemplated. In the
  138. 1970s, when physicists started trying to construct the
  139. so-called Grand Unified Theories (GUTs) that united the
  140. electromagnetic, weak and strong nuclear interactions, the
  141. force that Sakharov had prophesied was a natural feature. By
  142. the end of the '70s, teams of physicists around the world were
  143. essentially retracing Sakharov's calculations in the light of
  144. more detailed theories in an attempt to explain the existence
  145. of matter.
  146. </p>
  147. <p>     Another prediction of these GUTs was that protons, the
  148. presumed building blocks of ordinary matter, were unstable and
  149. should radioactively decay in about 10 30 (ten to the
  150. thirtyith) years--a span almost unimaginably longer than the
  151. 15 billion years or so since the Big Bang--finally redressing
  152. the imbalance that had been created so long ago. In the long
  153. run (if the universe lasted) matter would prove to be only a
  154. passing thought in the long history of time. So far there is
  155. no experimental evidence of proton decay. The case for grand
  156. unified theories so far rests with the universe, with evidence
  157. under our fingernails, and with the work Sakharov started 24
  158. years ago. In cosmology, as in nuclear fusion, human rights and
  159. so many other fields, the world is still playing catch-up to
  160. him.
  161. </p>
  162.  
  163. </body>
  164. </article>
  165. </text>
  166.  
  167.