Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

он написал формулу обмена энергией между веществом и светом и получил… нежданный результат: математика утверждала, что обмен этот происходит скачкообразно, малыми порциями, а не непрерывно, плавно, как привыкли считать до начала 20-го века!

Планк ужаснулся бы, узнав, что в историю науки он вошел как «отец» квантов…

Эйнштейн тоже негодовал. Но по противоположному поводу: он корил себя за неспособность более радикального ухода от прежних догм.

Не вспоминали ли они мудрого Герца, сказавшего: «Невозможно избавиться от ощущения, что математические формулы умнее нас и умнее даже их создателей, ибо мы извлекаем из этих формул много больше того, что было в них заложено сначала».

Планк и Эйнштейн обменялись эстафетной палочкой на переломе веков…

Далее в игру вступила плеяда «сердитых» молодых людей, которых можно назвать абстракционистами от науки: не имея возможности увидеть, потрогать, измерить события, происходящие в глубинах материи, они отдались на волю воображения, интуиции: в результате на свет явились диковинные теории, никоим образом не укладывающиеся в рамки прежних физических представлений. На научном небосводе вспыхнули ярчайшие звезды: Бор, Дирак, де-Бройль, Гейзенберг, Шредингер…, а за ними шли все новые и новые энтузиасты… Они и «сделали» физику 20-го века — грандиозное творение человеческого Разума, которая как лампа Алладина повела сегодняшних исследователей к новым знаниям.

Квантовые идеи овладели наукой. Возникла квантовая механика. Идея сочетания дискретных и волновых свойств в явлениях природы была распространена на электроны, а затем и на другие микрочастицы.

Так физика вторглась в микромир, вглубь материи.

Важнейшими этапами развития квантовых идей было предсказание и последующее открытие античастиц, а затем предсказание существования виртуальных частиц. Эти частицы не могут быть обнаружены непосредственным опытом, так как они рождаются лишь на неизмеримо короткое мгновение. Рождаются парами (частица и античастица) с тем, чтобы немедленно слиться воедино и исчезнуть. Реальность этого странного и необычного процесса подтверждается рядом косвенных экспериментов, необъяснимых без признания доказанного факта: виртуальные частицы взаимодействуют с реальными частицами.

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