Охота за кварками
Шрифт:
Но как же это все-таки может быть? Как может Вселенная разместиться в электроне? Как быть с понятиями «большое» и «малое»?
Действительно, ситуация непростая. Какой критерий избрать для сопоставления размеров Вселенной и элементарной частицы? Ведь абсолютного эталона нет, все относительно. Мы, люди, все меряем по себе: то, что больше нас, — велико, что меньше — мало. Но правомерен ли такой подход? Да и наши-то истинные размеры, каковы они?
Может быть, более прав поэт Н. Заболоцкий, у которого есть такие строки:
Но для бездн, где летят метеоры, Ни большого, ни малого нет, И равно беспредельны просторы Для микробов, людей и планет.Но оставим общие рассуждения. Обратимся к физике и математике, к тому, что получил М. Марков.
М. Марков родился в 1908 году в селе Малыщше на Тамбовщине. Его отец был первым председателем сельского Совета в селе. Образование Маркова началось в церковно-приходской школе, но среднюю школу он кончал в Москве, и в 1926 году уже был студентом физфака МГУ. А в 1933 году была опубликована его первая научная работа: тогда его интересовала квантовая химия.
Сейчас М. Марков — один из ведущих советских физиков-теоретиков, Герой Социалистического Труда, крупный специалист по теории элементарных частиц, автор известных трудов: «Гипероны и К-мезоны» (1958), «Нейтрино» (1964), «О природе материи» (1976). В последней работе он проявил себя не только крупным физиком с мировым именем, но и недюжинным, глубоким философом.
Диапазон исследований М. Маркова необычайно широк. Но среди его многочисленных работ наиболее интригующим является учение о фридмонах. Заслуги М. Маркова в том, что он обратил внимание ученого мира на возможность своеобразного космологического подхода к теории элементарных частиц.
Прежде гравитацию в микромире серьезно не принимали в расчет. В одной из работ М. Марков пишет:
«…давно сложилось интуитивное мнение, носящее характер предрассудка о том, что гравитационные взаимодействия не могут играть существенной роли в теории элементарных частиц…»
Истоки «предрассудка» понятны. Ведь силы тяготения в 10 37раз (!) меньше, чем, скажем, электрические силы. Естественно, что такую величину в пределах атома невозможно даже измерить, настолько она ничтожна.
Однако, оказывается, мыслимы такие ситуации, когда даже такое сверхслабое взаимодействие может проявить себя. Для этого надо массу системы резко увеличить (скажем, взять массу Вселенной!), а ее размеры резко сократить. И получится научное чудо, которое можно объяснить всякому, знающему хотя бы немного физику и математику.
Вспомним: энергия и масса эквивалентны. Раз так, значит, в инертной массе Вселенной заключена громадная энергия положительного знака. Но, как и у всякого массивного тела, у Вселенной есть еще и гравитационная энергия (энергия сжатия), имеющая отрицательный знак. И вот расчеты показывают, что при некотором критическом значении средней плотности вещества во Вселенной наступает равенство инертной и гравитационной энергий. А так как знаки у них различные, то суммарная энергия может упасть до сколь угодно малой величины и даже до ноля… Так огромная Вселенная окажется заключенной в почти замкнутом (по Фридману) мире, и ее внешние размеры могут быть микроскопическими и даже нолем.
Те же конечные результаты можно получить на языке физических символов. Пусть М — масса Вселенной, а К — ее радиус. Тогда энергия этой инертной массы положительна и равна Мс 2, где с — скорость света. Гравитационная же энергия той же массы будет отрицательна и равна — (xM 2)/2R, где x — гравитационная постоянная.
Приравнивая эти энергии, найдем связь между массой и радиусом Вселенной. Ну а критическое значение плотности р*= M/V, где V — объем Вселенной, получим, если будем считать, что Вселенная — шар и V = 4/3 xR 3, тогда p*=(6 x c 6)/( x x 3x M 2)
Теперь уже мы в состоянии «опытным путем» проверить гипотезу Маркова. Для этого необходимо лишь оценить величину плотности Вселенной. Константы с и X нам известны, остается только как-то определить М — массу Вселенной.
Взвесить Вселенную? Английский астроном А. Эддингтон (1882–1944) считал, что тут достаточно математических соображений. Так, он утверждал, что во Вселенной существует ровно 136 – 2256, или 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 протонов и столько же электронов. Ни больше ни меньше!
Современные теоретики не столь категоричны. Но все же и они утверждают, что для того, чтобы наша Вселенная стала микрочастицей — фридмоном, необходимо, чтобы средняя плотность вещества р в ней была 10 – 29грамма в кубическом сантиметре (примерно 10 атомов водорода в одном кубическом метре космического пространства, имеется, конечно, в виду, что материя равномерно «размазана» по пространству).
Это теория. А что практика? Эксперимент дает более низкую цифру 10 – 30.
Однако в настоящее время стало ясно, что во Вселенной должна существовать так называемая скрытая электрически нейтральная масса. В принципе эту массу могли бы составить «нейтринные звезды», указанные М. Марковым еще в 1964 году. Эта возможность сейчас широко обсуждается в научной литературе. Возможно также, «скрытая» масса (она же энергия!) образуется «черными дырами». Таким образом, средняя плотность вещества может быть равной 10 – 29грамма в кубическом сантиметре, необходимая для признания возможных микроскопических размеров нашего мира как целого.
Путешествие с демоном
В апреле — мае 1966 года в Крыму, вблизи Ялты, состоялась Международная школа по теоретической физике, организованная АН Украины и Объединенным институтом ядерных исследований (Дубна). В ее работе приняли участие теоретики из многих стран мира.
В своем докладе «Элементарные частицы предельно больших масс (кварки, Максимовы)» академик М. Марков, обращаясь к присутствующим, в частности, сказал:
«Я не хотел бы утверждать, что внутри того или другого электрона в настоящее время также происходит семинар по симметриям теории элементарных частиц. Не хочется подчеркнуть, что наши представления об элементарных частицах на самом деле могут быть очень далекими от действительного содержания этих объектов и что между «большим», космическим, и «микромалым» может и не быть такой пропасти, как это кажется с первого взгляда…»