Владимир Карцев - Приключения великих уравнений

• Название: Приключения великих уравнений
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: "Знание"
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1986

История познания человеком электричества полна неожиданностей и драматизма. Среди «делавших» эту историю мы найдем людей разных профессий: физика, врача, переплетчика, столяра, государственного деятеля. Различны были их судьбы.

В книге читатель встретится с участниками первых кругосветных путешествий, узнает об электрических рыбах, об оживлении людей с помощью электричества… Первое и второе издания книги, вышли в издательстве «Знание» в 1970 и 1978 гг.

Книга рассчитана на массового читателя.

---

Одна из богатейших коллекций метеоритов собрана в Гарварде. Метеориты под страшные клятвы брались и уносились оттуда искателями монополей и подвергались действию сверхсильных магнитов. И с грустью относились обратно… Моиополей в метеоритах, в том числе в знаменитом сихотэ-алиньском — никто не отыскал.

Не обнаружили ни одного монополя и исследователи, пытавшиеся «вытянуть» их с помощью мощного магнита из горных магнетитовых пород, выходящих на поверхность Земли.

Ни одного монополя не обнаружили и энтузиасты, пытавшиеся «выудить» их из вековой донной грязи океанов.

Что это? Почему столько неудач? Неужели уже система?

А может быть, ищут не то? Или не там? Или, наконец, не так?

Споры вокруг монополей, частиц, которые сделали бы уравнения Максвелла полностью симметричными, не утихают.

Может возникнуть вопрос: а зачем все это?

Не слишком ли дорогую цену платят энтузиасты за то, чтобы найти наконец «монопольную» красоту полностью симметричных уравнений Максвелла?

Разумеется, нет. Уравнения Максвелла лежат в основе современной физики, и любое изменение в них, естественно, повлечет за собой переворот в нашем представлении о мире. А это гораздо важнее даже, чем та практическая польза, которую могло бы принести открытие монополей. Но и о ней, практической пользе, не стоит забывать. Подсчитано, что ускоритель, «стреляющий» монополями, а не электрически заряженными частицами, был бы при той же энергии ускоряемых частиц в тысячи раз дешевле аналогичных сегодняшних машин. Это происходит потому, что заряд монополя (как пока считают) очень велик, и его ускорение в магнитном поле происходило бы быстро и очень эффективно. Таким образом, монополи, если бы их открыли, помимо всего прочего, сразу же смогли бы сэкономить нам и многие миллионы рублей.

Находка монополей будет грандиозным событием в физике, сравнимым, может быть, с открытием радиоактивности или электрона.

Ну а если монополей нет и они не будут найдены?

Ведь вполне возможно, что поиски «монопольной» красоты не имеют под собой почвы и сама вожделенная симметрия уравнений Максвелла иллюзорна.

Видимо, окончательное «закрытие» монополей будет не меньшим праздником для физиков, чем их возможное открытие. Для того чтобы наложить окончательный безапелляционный «запрет» на существование монополей, потребуется выработать какие-то новые физические принципы, заново пересмотреть всю теорию электромагнитных явлений. Сегодняшние представления в большой мере поддерживаются интуитивной убежденностью в равноправии электрических и магнитных явлений. Именно этой интуитивной убежденностью и вызваны поиски симметрии максвелловских уравнений.

Но если окажется, что уравнения все же умнее нас, в чем был убежден Генрих Герц, то на все, даже самое очевидное, придется посмотреть с новых позиций — на этот раз с позиций уже принципиального «неравноправия» электрических и магнитных явлений.

Пока уравнения стоят незыблемо…

Стоят, хотя их позиции ослабляются еще и с другой стороны.

В последнее время среди физиков начинает утверждаться еретическая мысль: заряд электрона — зарядовая единица, основной кирпичик электронной и квантовой теории — вовсе не так элементарен и неделим, как казалось в начале века.

Чем больше становится ускорителей, тем больше открывают новых «элементарных» частиц.

Прошли те времена, когда элементарные частицы насчитывали в своем семействе два члена: электрон и протон. То был золотой век электромагнитных теорий, когда все в мире, казалось, можно было объяснить электромагнитными взаимодействиями.

«Электромагнитный мир» рухнул, когда был открыт нейтрон (Чадвик, 1932 год) — электрически нейтральная частица с массой протона, принципиально не способная ввиду отсутствия заряда на электромагнитное взаимодействие.

Затем — всего за 25 лет — еще 30 «элементарных» частиц.

В 1947 году появились «странные» частицы с особым, неэлектрическим видом заряда, не подчиняющиеся законам сохранения, — К-мезоны и гипероны. Затем — мюон, «тяжелый электрон», эквивалентный электрону по свойствам, но тяжелее его в 208 раз. Зачем нужна такая частица, когда уже есть электрон? «Посмотрите на мюон, — говорил один видный физик. — Кем и когда заказана эта частица»?

А ведь были еще лептоны, андроны, бариоиы, антибарионы, гипероны, резонансы.

Каждый год — десяток новых частиц. Уже — неслыханное дело! — не хватает букв всех алфавитов для их обозначения. Физики считают, что общее число «элементарных» частиц перевалило за несколько тысяч. Не многовато ли для «элементарных»?

Не мудрено, что нашлись ученые, решившие покончить с беспорядком в мире частиц и свести их все к комбинациям «поистине элементарных» частиц.

И тут появились «кварки». Частицы, отрицающие и электрические и магнитные единичные заряды. Кварки — против монополей.

«Кварк» по-немецки — творог, в переносном смысле — чепуха. Название взято американцем М. Гелл-Маном из романа английского писателя Джойса «Поминки по Финнегану», где этим словом обозначаются явления фантасмагорические.

Итак, нечто «бредовое, чепуховое, немыслимое, абсурдное, невообразимое» — вот что такое кварки. И это в большой мере оправданно, потому что свойства частиц, придуманных Гелл-Маном, никак не назовешь заурядными.

И первое, самое дикое — заряд кварка не равен единице (заряду электрона) и не кратен ему! Один из кварков обладает зарядом +2/3, другой -1/3!

* * *

Нейтрон? О, это очень просто! Он является частью фундаментального октета со спином 1/2 лептонным числом 0 и странностью 0. В общем, возьмите несколько кварков, и он — перед вами!

Из сборника «Физики продолжают шутить»

* * *

И еще масса других безумных свойств — но здесь уже не наша тема. Один пример: для того чтобы составить всего один протон, нужны три кварка массой в 30 (!) протонов.

Кварки ищутся не менее настойчиво, чем монополи.

И с тем же успехом.

Ищут на ускорителях. Ищут в космосе. Уже при запуске первой двенадцатитонной орбитальной лаборатории «Протон-1» в 1965 году «Правда» сообщила:

«…В будущем открывается возможность для решения одной из фундаментальных задач — поиска элементарных частиц, в частности, предсказываемых теорией так называемых кварков…»

Ищут на далеких звездах, где излучаются частицы громадных энергий, способные создать «кварко-атомы», в которых вокруг протона вращается не электрон, а кварк.

Ищут физики и астрономы.

Ищут зоологи и биологи. Известно, что некоторые растения могут избирательно потреблять элементы из почвы. Нет ли растений — «поедателей» кварков?

Вообще если бы кварки на Земле были, их, казалось бы, было бы нетрудно отыскать — ведь из-за своего дробного заряда они не могут ни к чему присоединиться. Как выразился некогда профессор А. С. Компанеец, «кварк непременно валяется у нас под ногами, если он когда-либо вообще был. Но никто не сумел пока найти его».

Итак, ни монополи, ни кварки еще не найдены, и еретические веяния никак не затрагивают уравнений Максвелла и основанных на них теорий.

А стоит ли бояться «ереси»?

Ведь любое открытие, уточняющее картину мира, неизбежно приведет отнюдь не к краху, а к упрочению, укреплению уравнений Максвелла.

Единственное, что может «случиться», — то, что будут вскрыты более глубокие пласты научного знания, будет построена еще более общая теория.

Теория, частным случаем которой обязательно будут уравнения Максвелла.

Примечания

1

Интересно, что этот узор так же неповторим у каждого человека, как, скажем, отпечатки его пальцев или «отпечатки голоса».

Так что по полю человека его можно было бы легко идентифицировать — какая находка для пишущего научно-фантастические детективы!

2

Позже граф Эссекс возглавил дворцовый заговор и был в том изобличен. Судьи пытались смягчить его участь, оправдывая его молодой горячностью, обидой за королеву. Но смертный приговор был все же вынесен — его добился друг Эссекса, всегда пользовавшийся его покровительством, — знаменитый философ Фрэнсис Бэкон.

(Мы еще не раз вернемся к этой мрачной и величественной фигуре.)

3

О том, что собой представлял прежний насквозь схоластический аристотелевский метод, с которым Гильберт вел борьбу, можно судить по ироническим строкам из шекспировских «Виндзорских насмешниц»:

Эванс. Что такое lapis, Вильям?

Вильям. Камень.

Эванс. А камень — что такое?

Вильям. Ну, булыжник.

Эванс. Нет, камень — это lapis. Запомни раз навсегда.