Рассказ о строении вещества
Шрифт:
3. Из чего же состоит мир?
Итак, все тела природы состоят из разнообразнейших частичек вещества — молекул — комбинаций обычно небольшого числа различных по своим свойствам атомов.
Каждый атом — это по-своему большой и сложно устроенный мир.
Учёные раскрыли многие тайны этого мира, дали описание его устройства. И то, что узнали люди об атоме, подтвердило диалектический закон единства материи, единства мира, как этот мир ни кажется нам разнообразным. Мир един. Все атомы построены из одного и того же материала, из одних и тех же частиц — протонов, нейтронов, электронов, находящихся в вечном движении.
Таким образом, картина на первый взгляд кажется как будто достаточно ясной и законченной: известны основные вещества мира — химические элементы, известны элементарные частички, составляющие атомы этих элементов. И в то же время бесконечно сложна, неисчерпаема окружающая нас природа. Материя, существующая помимо нас, независимо от нашего сознания, бесконечна в своих проявлениях.
Когда-то неделимыми считались воздух, вода и земля, затем «вечным, неделимым, простым» казался людям атом. В первые десятилетия XX века некоторые учёные склонны были считать «вечными и простыми» частички, составляющие атом.
Так ли это в действительности?
Совсем не так!
Истина заключается, говорит В. И. Ленин, в том, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна…».
Не материя исчезает, — указывал Ленин, — а тот предел, до которого мы знали материю до сих пор. Наши знания идут глубже и обнаруживают новые свойства материи.
В самом деле. Уже из того, что было написано в нашей книге о «двойственной» природе электрона, вытекает, что мы далеко ещё не раскрыли, не постигли природы даже такой, казалось бы, уже хорошо известной нам частицы, как электрон, не познали всех до одного законов, действующих в мире малых вещей.
Мало того, многие законы нашего обычного мира больших вещей, казалось бы, твёрдо установленные и проверенные, предстают теперь перед нами в новом свете, уточняются и обобщаются. Особенно характерным примером такого обобщения является открытие в начале нашего века фундаментального закона мира — закона эквивалентности массы и энергии. Этот закон выражает количественную связь закона сохранения массы и закона сохранения энергии, о единстве которых еще в XVIII веке сказал М. В. Ломоносов.
Мы все привыкли думать, что масса какого-либо тела, его вес не зависят от скорости его перемещения в пространстве. На самом деле это оказывается не так. Движение тела, частицы изменяет их массу! Масса тела оказывается мерой содержащейся в ней энергии.
Зависимость массы и энергии тел выражается уравнением m = E/с2.
Здесь m — масса тел; Е — величина энергии и с — скорость света. Таким образом, из этого уравнения следует, что с увеличением энергии тела увеличивается и его масса.
Когда мы имеем дело со скоростями тел, далёкими от скорости света, прирост массы тела в зависимости от его скорости ничтожен. Так, например, для пули весом в 10 граммов, летящей со скоростью 1 000 метров в секунду, масса увеличивается всего на 1/6 000 000 000 долю грамма. Однако, если скорость двигающегося тела или частицы близка к скорости света, прирост массы становится уже очень существенным. Это особенно ясно было показано в опытах с определением массы электронов, летящих с различными скоростями. Масса этих частиц существенно зависит от скорости их движения!
Этот пример убедительно показывает нам, что природа бесконечно сложна в своих законах и проявлениях.
Не можем мы также сказать сейчас, как не сможем сказать и в будущем, что вот, наконец-то, мы определили точное число основных веществ мира или число элементарных частичек его. Полученные в лабораториях учёных новые трансурановые элементы говорят о том, что природа неизмеримо богаче в своих проявлениях, чем это может нам казаться.
Об этом же говорят и открытия всё новых и новых «элементарных» частиц, помимо трёх основных, входящих в атом.
Так, исследование лучей, падающих на Землю из глубин межзвёздного пространства («космических лучей»), а также изучение процессов естественного распада ядер и искусственного расщепления их позволили физикам обнаружить новые, неизвестные дотоле элементарные частицы. Путём расчёта обнаружены нейтральные, почти неуловимые, всепроникающие частицы с массой, меньшей массы электрона — нейтрино. Советскими учёными были осуществлены опыты, установившие существование этой частицы. Были найдены, как уже говорилось ранее, и положительно заряженные частички с массой, равной массе электрона, — позитроны. Были обнаружены и еще особые частички — мезоны или мезотроны (от греческого слова «мезос» — «средний»); масса этих частиц примерно в 200 раз больше массы электрона. При этом существуют как положительные, так и отрицательные и, вероятно, нейтральные мезоны. Эти частички настолько неустойчивы, что живут всего миллионные доли секунды, после чего самопроизвольно распадаются. Отрицательно заряженный мезотрон «рождает» при распаде электрон и, по-видимому, нейтрино. Положительный мезон распадается на позитрон и нейтрино.
И наконец, недавно советские учёные, лауреаты Сталинской премии А. И. Алиханов и А. И. Алиханян обнаружили в составе космических лучей новые частицы. Их назвали варитроны. Как и некоторые другие элементарные частицы, варитроны несут электрический заряд.
Изучение этих новых частиц показывает, что в космических лучах имеются положительные и отрицательные варитроны с самыми различными массами.
Таким образом, открытие варитронов сразу резко увеличило число известных нам элементарных частиц.
С открытием варитронов было установлено, что мезон — это один из варитронов.
Срок жизни варитронов также не превышает миллионных долей секунды.
Существуют и совершенно особые элементарные частицы — это упомянутые уже нами фотоны. Это частицы, которые не имеют никакого электрического заряда; они не имеют также, как говорят, и массы покоя. Это означает, что фотоны не могут быть остановлены. Они всегда движутся и притом движутся с максимально возможной скоростью — скоростью света; сталкиваясь же с другими частицами, они исчезают, отдают им свою энергию. Нам знаком такой случай взаимодействия фотонов с частицами, с электронами: фотоэффект, основанный на том, что фотоны ускоряют движение электронов и последние вырываются из освещаемого тела.
Как природа, так и происхождение многих из элементарных частиц ещё очень мало изучены. Но уже сейчас твёрдо можно сказать, что нельзя рассматривать все эти частицы, как какие-то совершенно обособленные, неизменные. Вспомните хотя бы о том, как «рождается» позитрон при превращении протона в нейтрон, как возникают фотоны из пары позитрон-электрон.
И такой вывод о существовании связи, о существовании единого, общего у всех «элементарных» частиц мира опять-таки подтверждает закон диалектического материализма о единстве противоположностей, о единстве всего сущего.