Охота за кварками
Шрифт:
Осуществить эту дерзкую мечту, имея дело с бесконечной (и конечной!) последовательностью матрешек, невозможно. Но что, если природа самозамкнута? Если все се свойства вытекают из самого бесконечного разнообразия ее частей? Что, если каждая элементарная частица состоит… из всех остальных? Чепуха? Ересь?
Кто знает! Не будем спешить с вынесением окончательного приговора. Лучше обратимся к авторитету опыта.
Вновь займемся сидящим в ядре протоном. Вокруг него, как утверждают ученые, имеется сложное ядерное поле сил. Квантами этого поля являются всякого рода мезоны: пи-, ка-, ро- и многие другие частицы — они возникают при искусственно вызванных на ускорителях соударениях частиц.
Поле ядерных сил можно (мы уже отмечали это) представить в виде облака мезонов, «плавающих» вокруг «сердцевины» протона. Эта мезонная «шуба» совершенно неотделима от понятия «протон». Так что протон или, скажем, нейтрон своим существованием обязан и многим другим «элементарным» частицам — на ускорителях отдельные «клочья» этой шубы удается сорвать. Так, словно по волшебству, возникают все новые и новые частицы.
И этот пример — протон и его «шуба» — вовсе не исключение, это правило, теперь уже даже азбука законов микромира.
Вот так, как гром среди ясного неба, с высоты современных достижений пауки, в противовес старым взглядам современная ядерная физика практикой своих экспериментов формулирует ошеломляющий, радикально новый подход к проблеме первоматерии: в микромире, возможно, ВСЕ состоит из ВСЕГО.
Вот и рухнула матрешечная философия. Принципиально неверно искать в микромире «последную» элементарную частицу. Ее нет. Любая частица может оказаться в этом смысле и первой и последней. И никакого «кризиса» философии, никакого тупика нет.
Безумнее, смелее этого взгляда на мир, кажется, трудно что-либо предложить. Конечно же, мысли эти могут быть детищем только новейшего времени…
Но что это? Чей-то слабый голос доносится к нам из тьмы времен. Слышится греческая речь… Это к нам обращается философ Анаксагор (происходил из знатного и богатого рода, не имея нужды гоняться за куском хлеба, с юных лет посвятил себя науке, видя в ней единственную цель жизни). Он утверждает (за эту и другие смелые мысли, противные религии и мистике, был обвштел в безбожии), что мир состоит из бесчисленного множества частиц (до Анаксагора считали, что все состоит из четырех первотел: земли, воды, воздуха и огня), названных им «семенами вещей», или гомеомериями.
Ну и что же? И Демокрит говорил нам об атомах.
Еще одна матрешка?
Вовсе нет. У Анаксагора каждая гомеомерия содержала в себе все элементы мира («Все во всем»! — учил он. «Если что-то можно назвать, скажем, золотом, то только потому, что золото в нем преобладает. Остальные ингридиенты мы просто не в состоянии различить».) Поэтому каждая частица, как бы мала она ни была, оказывалась бесконечно сложной. Поразительное прозрение!..
Новые представления физиков о мире, крайне неприятные для матрешечных рассуждений, получили название «ядерной демократии». Согласно этим воззрениям и те частицы, которые предстоит еще открыть, будут не более элементарными, чем уже открытые.
Механизм «взаимной поддержки», «самосогласованности» элементарных частиц, обусловливающий ядерную демократию, еще обозначают словом «бутстрап» (от английского «зашнуровка»: ведь все частицы оказываются как бы связанными единым «шнурком», как отверстия в ботинке). Бутстрап — очень сложное понятие, его еще не удалось сформулировать на строго математическом языке, унаследованном от предшествующих физических теорий.
Трудности понятны. Бутстрап — ошеломляюще новая концепция даже для «повидавших виды» в микромире физиков-теоретиков, этих великих к тому же выдумщиков. Даже они остановились в растерянности перед этим миром, где все зависит от всего, где нет малых параметров. А это значит, что исследователь тут должен отказаться от слов «несущественное», «малозначительное».
Но разве можно жить в мире, где буквально все важно и значительно? В мире, где нет пылинок, мелочей, второстепенного? Где все завязано в один общий тугой узел?
Да, неуютно тут человеку!
Понятия ядерной демократии, бутстрапа идут вразрез с доктриной кварков, с доктриной «кирпичиков» материи.
Кварки — аристократы. Тут есть спесь, большие претензии, взгляд свысока. Кварки по самому своему статусу — особо выделенные частицы. О демократии здесь говорить не приходится.
«Аристократы» или «демократы»? Что предпочла природа? Стопроцентный выбор между этими двумя крайностями пока сделать нельзя. Видимо, одна из основных программ будущих исследований на ускорителях — выяснение этой важной дилеммы.
Справедливости ради надо отметить, что не все физики разделяют «демократические» устремления. Кое-кто даже считает такую позицию капитуляцией. Они утверждают, что гипотеза «ядерной демократии» (выдвинута она была еще в 60-е годы) свидетельствовала об отчаянии теоретиков, которые, дескать, явно запутались, потерялись в адронных джунглях.
«Трудно представить, — продолжают сторонники «аристократизма», проповедники поиска «самых фундаментальных» объектов и относительно простых теорий, их описывающих, — даже в самых общих чертах то длиннейшее уравнение, которое собираются написать сторонники «ядерной демократии».
Горбушка тяжелее буханки
Многие века это считалось само собой разумеющимся: масса — это масса, а энергия — это уже совсем другое.
В физике понятия «масса» и «энергия» мирно жили бок о бок, часто встречались, но проходили мимо, словно бы не замечая друг друга.
Одной из святынь физики является закон сохранения энергии. То же можно было сказать (материя не может исчезать, проваливаться в никуда!) и про закон сохранения массы.
Это мирное житие массы и энергии было (1906) увенчано торжественной свадьбой. Организовал ее А. Эйнштейн. Он опубликовал статью, где показал, что энергия (Е) и масса покоящегося тела (m) связаны простым соотношением: Е = m x c 2, где c — скорость света в вакууме.
Так масса и энергия оказались повенчанными, вступили в вечный и нерасторжимый брак.
Соотношение Эйнштейна было воспринято ученым миром без всякого сопротивления. Совсем не так отнеслись к другим его идеям. Например, к идее о квантах света — фотонах.
Фотон вначале был «изобретен» А. Эйнштейном чисто теоретически (1905 год). Мысль о дискретной структуре излучения была столь дерзкой, что даже самый отчаянный из отчаянных — Н. Бор отказался ее признать. (Напомним, что квантовой механики, которую Н. Бор — в 1920 году на средства крупнейшего датского пивовара он основал в Копенгагене Институт теоретической физики, ставший Меккой для ученых многих стран, — и другие теоретики позднее создали, тогда еще не существовало.)