Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
119
в 1974 году и нарушения закона атомной четности в 1978 году в Соединенных Штатах. Кроме того, мы располагаем мощной новой теорией, претендующей на объяснение так называемых сильных взаимодействий. Она объясняет, каким образом кварки объединяются, образуя частицы, и как объединяются эти частицы, в результате чего образуются ядра атомов. Эта теория, называемая квантовой хромодинамикой, вместе с теорией электрослабых взаимодействий образует то, что сейчас называют «стандартной теорией». Об этом синтезе я писал, что «он предлагает полное, правильное и согласованное объяснение всех явлений, наблюдаемых в области элементарных частиц». Я предался было размышлениям о том, что мы подошли к концу открытий неожиданных новых элементарных частиц или основных взаимодействий. Меня обвинили в том, что я утверждаю, будто сама физика элементарных частиц пришла к своему естественному завершению.
Я уверен и надеюсь, что я не прав. Искусным экспериментаторам еще, несомненно, предстоит открыть совершенно неожиданные и новые объекты. Природа не могла так быстро истощить запас своих хитростей. Очень часто при поиске основных составляющих материи и законов природы ученые выражали мнение, что мы уже пришли к концу пути. Так произошло, например, в самый расцвет эпохи классической физики в конце девятнадцатого столетия. Великие достижения механики Ньютона, электромагнитной теории Максвелла и новой тогда науки термодинамики заставили всех думать, что конец близок. Затем, очень быстро, сменяя друг друга, последовали несколько неожиданных экспериментальных открытий, которые привели к низвержению классической системы и появлению радикально новых теорий квантовой механики и относительности.
И вновь, в конце сороковых годов, некоторым физикам казалось, что мы достигли полного понимания или, по крайней мере, подошли к нему совсем близко. Джордж Гамов был великим ученым-исследователем, а также популяризатором науки. Его книга «Раз, два, три...бесконечность», опубликованная в 1947 году, немало поспособствовала тому, чтобы я стал физиком. В этой книге он писал:
«Но конец ли это? — можете спросить вы. — Какое мы имеем право допускать, что нуклоны, электроны и нейтрино действительно элементарны и не могут быть разделены на еще более мелкие составляющие? Разве всего полвека назад атомы не считали неделимыми? И при этом какую сложную картину они являют собой сегодня!» Ответ состоит в том, что, несмотря на безусловную невозможность предсказания будущего развития науки о материи, сегодня мы располагаем гораздо более здравыми причинами, чтобы считать, что наши элементарные ча- 120
Большая картина
стицы действительно являются основными единицами и не могут быть разделены далее. Тогда как якобы неделимые атомы проявляли очень и очень разнообразные и довольно сложные химические, оптические и прочие свойства, элементарные частицы современной физики обладают чрезвычайно простыми свойствами; в действительности, по своей простоте, их даже можно сравнить со свойствами геометрических точек. Кроме того, вместо достаточно большого количества «неделимых атомов» классической физики, сейчас в нашем распоряжении остались всего три существенно различные категории: нуклоны, электроны и нейтрино. И несмотря на сильнейшее желание и стремление свести все к самой простейшей его форме, все невозможно свести к ничему. Таким образом, мы, судя по всему, действительно достигли цели своих поисков основных элементов, составляющих материю.
Сразу после того как были написаны эти слова, была открыта первая из предположительно элементарных частиц, называемых мезонами. Вскоре после этого ученые увидели странные частицы. С развитием новых экспериментальных методов и применением больших ускорителей частиц тонкая струйка вскоре превратилась в мощный поток. Три элементарные частицы Гамова превратились в сотни таких частиц. Совершенно ясно, что мы не только не попали «в десяточку», но вообще промазали.
Поиск основной структуры материи — очень древняя дисциплина. Некоторые древнегреческие философы считали огонь, землю, воздух и воду основными составляющими материи. Очень скоро выяснилось, что вещества типа золота, серы или ртути невозможно объяснить с помощью четырех классических элементов. Химия, или ее темная сестра, алхимия, оставалась запутанной и беспорядочной дисциплиной до времен Лавуазье. Именно Лавуазье больше, чем любой другой ученый, уточнил смысл греческого понятия химического элемента.
В два последующих века наш поиск строительных кирпичиков, образующих материю, следовал по замечательно циклической траектории. Четыре раза в истории нашей науки нам казалось, будто мы «попали в десяточку». И четыре раза мы ошибались. Абсолютно неясно, удалось ли нам сегодня наконец-то определить самый глубокий слой луковицы. Однако поучительно рассмотреть историю этого поиска.
Четыре раза нам казалось, будто мы определили самые элементарные частицы: сначала это были атомы, потом ядра и электроны, затем «элементарные частицы», а теперь кварки и лептоны. В каждом случае поиск следовал логически похожему пути:
