Охота за кварками
Шрифт:
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
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
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.
В последние годы оригинальные подходы в космологии предложил старший научный сотрудник Института космических исследований АН СССР доктор физико-математических наук И. Розенталь. Одна из его последних (препринт опубликован в 1982 году) статей носит броское и интригующее название «7 чисел, определяющих структуру Вселенной».
В эту семерку, кроме упомянутой выше четверки сил, московский ученый добавил еще две комбинации из масс протона и нейтрона, деленных на массу электрона (числа!): из этих трех частиц состоят все атомы. И венчает список фаворитов природы еще одно число — размерность N физического пространства (мы «прописаны» в трехмерии, у нас N=3).
Вот она — великолепная семерка чисел, держащая якобы в своих браздах все тайные пути мира, все ключи от Прошлого, Настоящего и Будущего.
Конструирование вселенных
Жажда познания у ученых безгранична. Череда вопросов все растет, так как каждый ответ рождает десятки новых, еще более сложных. К примеру, в физике элементарных частиц давно уже есть некая проблема массы.
Чтобы войти в суть этой проблемы, напомним, что скорость света или, скажем, постоянная Планка потому-то и являются фундаментальными постоянными, что эталоны эти не созданы руками человека (как метр или секунда), а сотворены самой природой.
Замечательное свойство скорости света (говоря о ее величине, обычно имеют в виду скорость света в вакууме) в том, что она одна и та же для всех наблюдений.
Даже формально нельзя построить теории, в которой были бы постоянны две скорости, скажем, скорость света и скорость звука. (Скорость света одна-единственная, а скорость звука в сухом воздухе — 330 м/с, в пресной воде — 1430 м/с, в металлах она еще больше.)
И постоянная Планка только одна, общая для всех физических систем. Это стало понятным с открытием квантовой механики.
Но вот странность: природа позаботилась о том, чтобы дать миру эталон скорости и эталон действия (размерность hесть энергия, умноженная на время, эту странную на первый взгляд единицу ввел в 1900 году М. Планк), а вот эталона массы природа не сотворила.
Для массы масштаба нет!
Существует громадное множество элементарных частиц, и у каждой своя масса. Почему их так много? Никто этого не знает.
Заметим еще, что и масштабов расстояний, как и масштабов массы, природа предоставила человеку также в изобилии — выбирай любой!