Страница 4 из 51
Следующий революционный этап в микрофизике связан с признанием того, что протон, нейтрон и большинство вновь открытых частиц не являются элементарными. Подобно тому, как молекулы состоят из атомов, эти частицы состоят из более простых частиц — из кварков.
Этот период можно назвать романом мысли, сплетенном из удивительных событий.
Люди узнали о необычайных частицах — кварках, которые сейчас признаны элементарными, простейшими частицами. Вместе с ними элементарными частицами ученые признают группу лептонов — легких частиц. В нее входит электрон и его «родственники» — мюон, тау-частица и три сорта нейтрино.
Начались новые мытарства: неудачные попытки наблюдения свободных кварков… поиски объяснений причин неудач… в обиход физики вторглись споры о иерархии взаимодействий и сил, управляющих Природой. О связях между ними. О Великом объединении трех из них и о Суперобъединении, существовавшем в течение ничтожно короткого времени, в самом начале Большого взрыва.
Началась полоса удивительных предсказаний, повлиявших на развитие космологии и микрофизики. Среди них предсказание о смертности протона — протон не вечен, это не бессмертная частица мира, не фундамент, не опора для мироздания. Он тоже смертен, в его жизни тоже есть начало и конец, он в свое время умрет и превратится в другие частицы.
Рушилась уверенность в незыблимости фундамента мироздания — в вечной жизни основного кирпичика материи.
Еще новости — пространство обладает упругостью… «Стрела времени» способна изменить свое направление… В природе, возможно, существует несколько времен, подобно тому, как существует несколько измерений в пространстве… Вероятно, в природе существует неизвестная сила, отличающаяся от известных четырех… Эти предсказания сделаны великим физиком нашего времени Андреем Дмитриевичем Сахаровым.
Он же объяснил почему не существует антимир, состоящий из античастиц. И почему возможно вечное чередование процессов расширения и сжатия Вселенной…
Бурно вспыхнула космология — новыми открытиями, новыми догадками: об эволюции Вселенной, о ее прошлом и будущем. Наши современники познакомились с созданием и уточнением сценария рождения Вселенной. С тем, как тесно связаны между собой физика микромира и космология. Задумались о том, какую роль в понимании эволюции Вселенной играет учет квантовых поправок к Общей теории относительности, этой вершине современной физики. Узнали о «ложном вакууме» и о стадии «раздувания» в эволюции Вселенной.
Мы, свидетели событий XXI века, не сможем избежать вопроса о современном строении Вселенной и о ее будущем. О том, почему возникли звезды и почему они группируются в галактики, в скопления галактик и в сверхскопления? Почему во Вселенной наблюдаются огромные области, в которых нет галактик? От чего зависит будущее Вселенной?
В книге «Квинтэссенция» мы проследим за тем, как ученые искали ответы на эти и другие вопросы и к чему привели результаты их исследований, как в сегодняшней науке возродился интерес к возможности существования неизвестного взаимодействия между телами нашего обычного макромира. Интерес к взаимодействию, порождающему новую — «неньютоновую» — силу, проявляющую свое существование в отклонении от закона тяготения. Ее назвали «пятой силой».
Наука прошла путь от «неньютоновой» силы инерции до «неньютоновой» пятой силы. Уже на нашем веку, на нашем этапе развития науки поставлены эксперименты, проведенные с целью подтвердить или опровергнуть существование этой «пятой» силы. Часть из них дает положительный ответ, другая часть отрицает ее существование.
Вопрос пока остается без ответа.
Такова наука. Ее развитие безгранично. Неиссякаема жажда знаний у человечества. В пьесе бытия мы не только зрители, но и актеры.
В книге «Квинтэссенция» мы расскажем о физике, самой важной из естественных наук, и о физиках, ее тружениках и провидцах.
Часть 1
КЛАССИКА — ДРАМА ИДЕЙ
Аристотель
Галилей
Ньютон
Фарадей
Максвелл
Герц
Лоренц
Планк
ГЛАВА 1. ДВУЛИКАЯ СИЛА
ЧТО ДВИЖЕТ СТРЕЛУ?
Древнейшие народы, населявшие Ближний восток, включая долину Нила, жившие в Индии и Китае размышляли над явлениями Природы и практическими нуждами повседневной жизни. Это нашло отражение в мифах и преданиях. Но религиозно-мистические воззрения препятствовали в то время выявлению закономерностей Природы.
Проще и практичнее было изобретать технические новинки.
Египтяне и жители Междуречья накопили ценные астрономические наблюдения, создали основы арифметики и геометрии и применяли их для практических целей. Они изобрели весы и простые приборы для астрономических наблюдений, устройства для измерения земельных участков, рычаги для перемещения тяжестей при строительстве зданий и культовых сооружений. Но только греки, усвоив это наследство, применили его для создания системы взаимосвязанных знаний, развившихся в науку.
Большинство греческих философов стремилось найти общие законы, характеризующие Природу, а затем при помощи логических построений выяснить естественную закономерность явлений. Этот метод называют натурфилософией. С ней связывают имя Аристотеля.
По решению судьбы он родился в 384 году до нашей эры — и его любознательность могла опереться только на силу его разума — ничего другого уровень знаний в его время не мог ему предложить.
Другие ученые, среди которых наиболее крупным был Архимед, старались сформировать простые понятия, не требующие доказательств, а затем, пользуясь математикой, описать свойства сложных систем и явлений. В течении многих веков после Архимеда никто не сумел существенно развить его методы. Что этому мешало? Мы вернемся к обсуждению этого вопроса.
Аристотель славился умением наблюдать. И всегда искал объяснение увиденному.
В его голове изобретательно складывалась своя картина мира. Он не считал, что это домыслы. Он верил в реальность придуманной им картины мира. Никто не мог сравниться с ним силой воображения и безапеляционостью утверждений. Эксперимент еще не стал верховным судьей науки. Мыслители еще пользовались только силой убеждений. «Я так думаю» — и решающее слово оставалось за самоуверенным авторитетом.
Итак, что думал Аристотель о природе вещей?
Он считал, что тела могут быть тяжелыми или легкими. Тяжелые тела падают, они стремятся к Земле. Огонь — легкий, он стремится вверх, к небу. Движения вниз и вверх естественны, учил Аристотель, они продолжаются до тех пор пока их не прекратит сила. Земля — абсолютно тяжелая, огонь — абсолютно легкий, воздух и вода — относительно легки или тяжелы. Эти свойства передаются и телам, которые образованы из них.
Для того, чтобы воспрепятствовать тяжелым телам падать вниз к ним нужно приложить силу.
Все другие движения, считал Аристотель, являются вынужденными, а не естественными. Они порождаются силами и продолжаются только до тех пор, пока действуют вынуждающие силы. Телега движется только когда ее тянут лошади. Если оборвутся постромки или остановятся лошади, прекратится и движение телеги.
Итак, мы произнесли слово «сила». Это одна из первых находок науки. Со временем вся мощь научных методов будет брошена на решение загадок сил, властвующих над Вселенной. Ученые интуитивно поймут, что это — фундаментальное понятие лежащее в основе познания мира. Не удивительно, что понятие «сила» зафиксировано в соответствующих словах всех народов, создавших письменность.
Для Аристотеля сила является одним из простейших понятий. Сущность силы нельзя объяснить при помощи еще более простых понятий. Их не существует. Впрочем, они не нужны. Каждый и без специальных объяснений знает, что это такое. Сила свойственна человеку, ее можно чувствовать, держа в руке тяжелый предмет, поднимая его, натягивая тетиву лука, бросать копье. А стрела или копье, достигая цели, с силой вонзаются в нее.