Охотники за частицами
Шрифт:
Один физик когда-то остроумно заметил: «В сущности, физика может определить свою историю, как путешествие вверх по лестнице энергий!» Интересные слова! Какой же смысл в них вложен?
Школьное изучение физики мы начинаем с самых привычных вещей. Человек в лодке бросает
Затем учитель переходит к теплоте. Перед нами длинной чередой проходят температуры, теплоемкости, теплопроводности, плавление, кипение, испарение. И вот на одном уроке сдергивается покров с первой тайны, лежащей в глубине вещей. Перед нами появляется молекула. Пока — просто крошечный бильярдный шарик, бесчисленное число раз сталкивающийся с другими такими шариками, пока еще не наделенный какими-то более тонкими свойствами.
Потом настает очередь электричества. Снова идут общие законы: притяжения, отталкивания, постоянного тока, переменного тока. Затем приподнимается занавес над второй тайной — над электронами.
Курс тем временем движется дальше. Подобно вавилонской богине Иштар — ее еще называют Астартой — мир, скрытый в глубинах вещей, сбрасывает один покров за другим. Вырисовывается мир атома, мир атомного ядра. И в конце концов перед нами предстает наиболее глубоко запрятанный из миров — мир элементарных частиц.
Так мы проходим школьный курс. Так его проходила сама физика. И проходила, двигаясь вверх по лестнице энергий.
Самые малоэнергичные движения — механические. Можно со страшной силой ударить снарядом по цели и разбить ее на мелкие осколки. И все равно осколки будут достаточно крупными, а удар останется механическим. Однако уже горение пороха в стволе орудия превращает его в газ, дробит на «осколки» в виде молекул. А еще более сильный нагрев разлагает и сами молекулы на атомы.
Электрическое поле еще сильнее. Оно обладает энергией, которая может разрушить и сам атом. Тогда появляются освобожденные из атомного плена электроны и атомные ядра. Электрическим полем можно разогнать атомные частицы до такой энергии, что они разрушат ядра. Появятся протоны, нейтроны, мезоны и другие элементарные частицы.
И здесь мы вступаем в область сверхвысоких энергий. Здесь мы достигаем сегодня верха энергетической лестницы.
Смотрите, как меняются контуры мира на каждой новой, более высокой ступеньке. Мы с вами живем у подножия этой лестницы. Нас окружает удивительное разнообразие живых существ — многие миллионы видов, и в каждом виде в чем-то хоть немного, но не похожие друг на друга особи. Но энергетически это разнообразие очень непрочно.
Небольшой нагрев — до каких-нибудь 100 градусов по Цельсию, — и живой мир перестает существовать. Гибнут нежные молекулы белков, разваливаются на кирпичики молекулы жиров и углеводов. Молекулярный мир становится беднее.
Следующая ступенька — нагрев до тысячи градусов, и перестают существовать более грубые и выносливые молекулы неорганических
Мы попадаем в мир атомов. Здесь разнообразие кажется нам довольно бедным. Несколько сотен различных видов, если в их число включить ионы, — атомы с поредевшими электронными оболочками.
Затем настает очередь раскаленной плазмы, в которой атомы постепенно по мере нагрева лишаются своих электронных оболочек. Теперь все разнообразие составляют лишь изотопы сотни ядер.
И наконец еще один — последний на сегодняшний день — подъем по лестнице энергий. Мы достигли цели своего путешествия. Перед нами раскрывается удивительно бедный и однообразный мир, который населяет около ста видов жителей. Именно столько разных элементарных частиц знают сегодня физики.
Бедный и однообразный мир? Попробуйте скажите так физикам! На вас немедленно обрушится град насмешек.
Потрясающе богатый и разнообразный мир! Мир, который с непостижимой быстротой меняет свои краски и очертания. Мир, в котором ничего нет постоянного и твердого, кроме, может быть, тех законов, которые управляют его жизнью. Мир, вечно находящийся в движении и непрестанном изменении.
Мир, не измышленный физиками, а совершенно реально существующий во Вселенной вокруг нас. Мир, в котором можно пробираться лишь с топором труднейшей математики и с рюкзаком, доверху наполненным фантазией. И все-таки пока еще необжитый и непонятый мир.
Это — не хорошо знакомый атом. В мире элементарных частиц на каждом шагу рискуешь встретить неожиданное. Поиск идет в тумане. Туман настолько густ, что свет даже от таких мощных прожекторов, как квантовая механика и теория относительности, глохнет в нем уже на первых метрах пути.
И все же человеческая любознательность необорима. С огромным трудом, почти вслепую, лишь изредка нащупывая вехи в тумане, движется вперед большая, сплоченная армия теоретиков и экспериментаторов. Из маленьких шагов складываются большие.
Временами туман редеет, чтобы затем сгуститься еще плотнее. Сегодня физики находятся в самом сердце нового мира элементарных частиц.
Об этом стоит рассказать. Но с чего начать? Повторить шаг за шагом весь путь физиков, даже по занятой уже ими территории, над которой остались лишь клочья тумана, в этой небольшой книге невозможно. Взять в руки «топор» математики тоже нельзя: он слишком тяжел, и размахивать им под силу лишь тому, кто прошел через годы напряженной физической и математической подготовки.
Остается лишь «рюкзак» фантазии. Вернее, «рюкзак» совершенно необычных представлений, на которые природа натолкнула умы физиков.
Содержимое этого «рюкзака» нам уже немного приоткрылось. Мы узнали о двуликости обитателей микромира, о таинственных спинах частиц. (Это действительно «спины»; сущность удивительного явления еще не повернулась лицом к физикам.) Наконец, мы уже немного знакомы с тем, что составляет сердцевину современных представлений, — с виртуальными процессами. Что же, для начала этого может быть достаточно.