Охотники за частицами
Шрифт:
Довольно быстро выясняется, что все становится на свои места, если отрицательную энергию приписать положительно заряженной частице. Такая частица физикам известна — это протон.
Можно обрести успокоение, но ненадолго. Спустя полгода Роберт Оппенгеймер доказывает, что такой частицей протон быть не может. Он слишком массивен: положительная частица должна иметь такую же массу, что и электрон.
Ох, этот
Но история науки знает и других людей. Эти ученые долго и напряженно работают в сравнительно узких областях, но зато расширяют их до огромных пределов. Таким ученым был, например, Эйнштейн. Известный философ Людвиг Берне, друг Карла Маркса, с полным основанием мог бы, пользуясь своей классификацией характеров, назвать талант Оппенгеймера «эллинским», а гений Эйнштейна — «иудейским».
Ох, этот «эллин» Оппенгеймер! Дирак со вздохом поднимает свой рюкзак, который было снял, присев отдохнуть. Надо продолжать восхождение.
Теперь предстоит выяснить, как «влетела» в уравнение для электрона какая-то посторонняя частица. Да еще и похожая как две капли воды на электрон, разве только с противоположным по знаку электрическим зарядом.
А может быть, эта частица вовсе не посторонняя? Может быть, она связана с электроном какими-то пока неведомыми узами? Например, узами братства? Допустим. Но в таком случае поиски обращаются на их возможного родителя. Чем может быть этот родитель?
И снова напряженное раздумье…
Рождается совершенно безумная, на первый взгляд, мысль: электрон и его зеркальный брат совместно рождаются… из пустоты! Пустота, вакуум, как ее называют физики, — вовсе не пуста! Напротив, она до отказа забита электронами! Положительный же двойник электрона — это дырка в заполненной пустоте!
Безумие действительно налицо. Так, во всяком случае, кажется вначале. Но подождем делать такой вывод. Пройдем за Дираком по отвесному пути его рассуждений.
Прислушаемся к беседе, которую ведут сторонник Дирака и еще не обращенный в новую веру его противник.
Говорит сторонник:
— Каким вы назовете пространство, в котором никаким прибором не обнаружить ни одной частицы?
— Ну конечно, совершенно пустым, — отвечает противник.
— А если в этом пространстве есть частицы, которые просто лишены возможности проявить себя, войти в контакт с прибором? Даже если в пространстве полным-полно частиц,
— Разумеется! Но позвольте задать вопрос. Как частицы могут лишиться способности взаимодействовать? Если ваши электроны не входят в контакт с измерительным прибором, значит, они и друг с другом не взаимодействуют! Прибор ведь состоит в конечном счете из тех же электронов.
— Правильно.
— Не правильно, а чепуха! Частицы не могут не взаимодействовать, это противоречит самой сущности вещей! — начинает волноваться противник.
— Тоже правильно, — по-прежнему спокойно отвечает сторонник.
— И то правильно, и это правильно? Ничего не понимаю!
— Не волнуйтесь, я вам сейчас объясню. Давайте приложим к куску металла электрическое поле. Пойдет ток, и вы скажете, что в металле есть свободные электроны.
— Верно, — кивает противник.
— А есть ли в металле еще что-нибудь, кроме этих электронов? — спрашивает сторонник.
— Конечно: еще атомы.
— Простите, а как вы это узнали?
— Можно, например, так. Осветим металл рентгеновыми лучами. При высоких энергиях фотоны этих лучей будут вырывать из атомов электроны.
— Значит, при меньшей энергии металл у вас состоит как бы из одних свободных электронов, а увеличили энергию — и появились атомы?
— Конечно, нет! Просто тот вид внутренней структуры, который мы обнаруживаем, зависит от той энергии, с которой мы ее прощупываем.
— Ага! Так почему же вы не хотите понять, что можно взять такую энергию, при которой и пустота обнаружит свою структуру?
Противник снова разводит руками:
— Не понимаю. Пустота — всегда пустота. В ней ничего нет и быть не может.
— Ну, а все же представьте себе пустоту, до отказа забитую электронами. Они ведь не смогут взаимодействовать ни друг с другом, ни с приборами.
— Почему?
— А потому, что это означало бы изменение их энергии. Ведь при взаимодействии одна из частиц всегда что-то теряет из своей энергии, а другая что-то приобретает. И частицы должны занять новые уровни энергии.
— Но где же они могут найти такие уровни? Вы говорите, что все уровни у вас заняты. А как доказал недавно Вольфганг Паули, каждый уровень энергии может быть занят только двумя электронами. Если к ним придет третий, они его не пустят, — недоумевает противник.
— Значит, нет таких свободных уровней?
— Нет.
— Вот потому-то электроны, даже если они сидят в пустоте так же тесно, как сельди в бочке, не могут взаимодействовать друг с другом или с прибором! Но… только до тех пор, пока им не будет сообщена достаточная энергия, чтобы электроны могли выпрыгнуть из пустоты. Как только это произойдет, частицы уже можно будет обнаружить: они приобретают возможность взаимодействовать.
— Что же это за энергия? — начинает понемногу сдаваться противник.