Юрий Чирков - Охота за кварками

• Название: Охота за кварками
• Автор: Юрий Чирков
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Вот уже 20 лет кварки интригуют физиков. Эти выдуманные частицы многое объяснили и могли бы стать первоэлементами, из которых построен мир если бы их удалось обнаружить! О головоломных путях познания которыми идут ученые о фантастичности картины мира открывающейся их глазам, о новейших научных достижениях физики рассказывает доктор наук Ю. Чирков. Издание рассчитано на самые широкие круги читателей.

---

Все эти примеры свидетельствуют: стричь мир, так сказать, под одну гребенку не стоит. И вряд ли нужно настаивать на том, что Вселенной управляют лишь несколько избранных начал.

Природа познает себя человеческим мозгом. А человек стоит на перекрестке бесконечно большого — мир галактик — и бесконечно малого кварковые глубины.

Он невольно бросает свою человеческую «тень» на всю не сопоставимую с ним масштабами остальную часть природы. Не тут ли корни унификаторства, «физического фундаментализма»? Срабатывает инерция человеческого разума, человек орудует в любом из миров с помощью привычных и удобных для него представлений.

Он говорит: атом похож на солнечную систему, человек — на тепловую машину, световые волны — на морские. И в атомный и в звездный миры просачиваются знакомые человеку образчики и мерки. И здесь загадкой остается то, что как раз в самых трудных, казалось бы, науках, наиболее далеких от человека — в физике элементарных частиц и в космологии, — мы добились наибольших успехов. Но, может, мир одного человека отличается от мира другого человека сильнее, чем от мира атомов?

Через тысячи лет…

Однажды Пифагор, беседуя со своими учениками, взял палку и начертил ею на песке окружность.

— Внутренняя часть круга, — сказал он, — это то, что знает человек, а снаружи расстилается область нашего невежества. Но мы, как правило, о нем даже не догадываемся. Лишь то, что находится на окружности, на границе между знанием и незнанием, ощущаем мы как загадку, как неведомое, как будущую добычу нашего разума.

— Но, выходит, — заметил самый бойкий из его учеников, — с ростом наук наше незнание может только возрастать? Взгляните, — он начертил на песке еще больший круг, — чем больше мы познаем, тем длиннее становится «окружность незнания».

— Верно, — усмехнулся Пифагор, — но так будет, если рисовать круги на плоскости. А что, если наш мир больше похож на сферу? На ней круги незнания будут сначала увеличиваться, а после достижения «экватора» сферы начнут уменьшаться. И тогда, выходит, все законы будут когда-нибудь исчерпаны…

— А где же истина? — прервал наступившее молчание тот же ученик. — Как же мир и с ним наши знания устроены на самом деле?

— Кто знает! — развел руками учитель. — Если мир похож не на шар, а на расходящийся конус, то здесь, очевидно, и наше знание, и его границы, очерчивающие область еще не изведанного, как и на плоскости, будут бесконечно расти. Истина? Вряд ли ее постигнут наши внуки, на это уйдут, возможно, долгие тысячи лет…

Подумать только! Еще древние греки ставили и обсуждали подобные проблемы. Бьются над ними философы и ученые и в наши дни. А через тысячелетия будет ли найдено решение?

Видимо, нет. Скорее всего вопрос этот — сколько у природы законов? принципиально неразрешим. Это вечная загадка. И через многие века люди (надеемся, они будут жить на земле или в космосе!) станут ломать над нею головы.

И эти сомнения, эти горячие споры, эта грызущая неудовлетворенность будут поднимать по утрам новые поколения исследователей, гнать их в дорогу, толкать на новые научные подвиги!

Выскажем еще одно соображение, почему и через тысячи лет та проблема, о которой говори гея в этой главе, вряд ли будет исчерпана. Дело в том, что скорее всего число фундаментальных законов непостоянно: более того, в нашс-й Вселенной оно растет пропорционально времени! Поясним эти слова…

Если говорить о живой материи, то ее развитие выглядит как непрерывная последовательность нарушений симметрии и, следовательно, возникновения все более сложных образований.

В первичном однородном океане нечто дифференцировалось в клетки (симметрия нарушилась!), затем новый скачок — из клетки возникли организмы… Расслоение популяции человекообразных обезьян привело к возникновению человека, языков, культуры, искусств, наук.

И этот процесс дальнейшего увеличения многообразия скорее всего не имеет конца.

Но каждая новая еще более сложная система управляется собственными закономерностями. И законы «верхних этажей» вовсе не сводятся к законам «этажей нижних».

Но, спрашивается, отчего сложность биологических систем прогрессирует? Почему эволюционная эстафета всегда движется от простого к сложному, а не наоборот?

Ответ уже имеется. Все дело в том, полагает эстонский академик Г. Наан (он много занимался проблемами философии и космологии), что сложное лучше приспосабливается к окружающей среде, чем более простое. Имеет больше шансов выжить в условиях многообразных, в том числе и разрушительных воздействий среды. Приспособление к среде, адаптация к ней — великий универсальный фактор эволюции в направлении все большего совершенства. Собственно, приспособленность ведь и есть мера совершенства.

Это если говорить о живом. Ну а неживая природа — мир звезд и атомов? Прослеживается ли и тут тенденция к усложнению? Растет ли и здесь со временем число законов?

Космологи дают на это положительный ответ. Подробности?

Они станут в известной мере темой следующей главы.

5 Гармония атомных сфер

Там — власть, там — творческие горны!
Пред волей числ мы все — рабы,
И солнца путь вершат, покорны
Немым речам их ворожбы.

Валерий Брюсов

Эверест — непальцы зовут этот горный массив Джомолунгмой — 8848 метров над уровнем моря, высочайший пик Земли. Но почему, собственно, высочайший? Отчего не могут быть — размеры планеты позволяют! — горы повыше, скажем, стокилометровой высоты? Что ограничивает их рост?..

Фантазия ума? Пустые мысли? Нет, вопрос вполне законный. И ответ уже известен. Его дала наука, способная обсуждать и гораздо более сложные проблемы.

Величайшего удивления достойны попытки человека ответить на коренные вопросы мироздания: отчего мы живем именно в трехмерном пространстве? Способно ли время течь вспять? Конечен наш мир или же бесконечен?.. До недавних пор подобное отваживались обсуждать лишь философы да писатели-фантасты. Однако наука развивается сейчас с такой головокружительной быстротой, ч го в эти давние споры начали вступать и ученые-естественники. И прежде всего физики.

Великолепная семерка

Древнегреческий математик и философ Пифагор (570–500 гг. до и. э.) считал, что числа составляют сущность всех вещей и Вселенная наша представляет собой на деле гармоническую систему чисел и их отношений.

Последователи Пифагора — пифагорейцы (свой тайный союз они окружили страшной секретностью, желающих вступить в союз подвергали долгим и строгим испытаниям, только пятилетним молчанием абитуриент мог доказать свою способность к самоотречению) приписывали числам таинственные, сверхъестественные свойства. Согласно их учению из куба возникла земля, из пирамиды — огонь и так далее. Особое внимание уделяли они чету и нечету: в единице усматривали даже нечто божественное. Наивно?

Но в какой-то мере наука ныне исповедует те же взгляды, пытаясь всю многоликость явлений свести к действию очень малого количества числовых факторов.

(Наука тем и отличается от мифологии, что говорит на языке математики, на языке формул, дающих пусть и упрощенную, но верную модель мира.)

Высота земных гор не превышает 9 километров. Почему? Да потому, что прочность камней у основания гор не выдерживает больших нагрузок. (Недаром каменная пирамида Эвереста в основании сложена из прочнейших пород докембрийских гнейсов и гранитов.) Но прочность определяют электрические силы сцепления атомов.

Так, в конечном итоге высота гор оказывается зависящей от соотношения между электричеством и гравитацией.

Земля отстоит от Солнца на 150 миллионов километров. Случайность? Вовсе нет. Именно здесь центробежная сила (вращение Земли вокруг Солнца) уравновешивается силой притяжения. Вот так ход планетам диктует постоянная тяготения, входящая в данный нам И. Ньютоном закон.

Не метры и дюймы, не килограммы и фунты (это единицы случайные, недаром когда-то в каждой стране существовала своя система мер, и даже миля американская отличалась от мили английской), а именно фундаментальные постоянные (это и постоянная тяготения G, и скорость света с, и постоянная Планка h, и многие другие коэффициенты, содержащиеся в основных физических законах) предопределяют видимую гармонию нашей Вселенной, именно они «заказывают» и музыку жизни.

Однако фундаментальных постоянных (или констант), так же как и всех физических законов, слишком много — несколько десятков. В этом многоголосии нелегко подслушать основные ритмы Вселенной, скрытую суть вещей. Поэтому физики в основу своих построений обычно кладут константы четырех основных взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного. Силы эти можно превратить в числа, если энергию каждого из взаимодействий поделить на энергию кванта света — фотона.