Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
«Занимаемся ли мы физикой элементарных частиц, чтобы объяснить окружающий нас мир?» — такой вопрос задают нередко. Ответ однозначен: НЕТ! Окружающий нас мир объяснили уже 50 лет назад или около того. С тех пор мы поняли, почему небо голубое, а медь — красная. Это элементарная квантовая механика. Слишком поздно объяснять, как работает обыденный мир. Это уже сделано. Необъясненными остались лишь вещи типа нейтрино, мюонов и _ЙГ-мезонов — частицы, известные уже полвека, по-прежнему не нашли практического применения и, вероятно, никогда его не найдут. Это маленькие тайны, подобные тому, с чего началась Вселенная и чем она закончится.
Так что мы не пытаемся изобрести новый вид зубной пасты. Мы всего лишь пытаемся понять рождение, эволюцию и судьбу нашей Вселенной. Мы пытаемся понять, почему вещи должны быть именно такими, какими они являются. Мы стремимся раскрыть конечную простоту природы. Ибо в самой природе физиков, работающих с элементарными частицами (и некоторых других), заложена вера в простоту; убеждение, противоречащее самому здравому смыслу, что основные законы физики в действительности достаточно просты и понятны. Пока что эта вера приносила чрезвычайно многочисленные плоды: те, кто ей обладает, часто достигают успеха; те же, кому она несвойственна, всегда терпят неудачи.
Эту область можно разделить на три части. Одной из них является физика частиц и предмет данного эссе. Другой — изучение гравитации от Ньютона до Эйнштейна и далее; в частности, общая теория относительности, которую должен знать каждый физик-аспирант. Наконец, космология являет собой изучение происхождения Вселенной в Большом взрыве. Частицы, гравитация и космология — вроде бы совсем разного поля ягоды. Гравитация объясняет движения небесных тел; космология работает с рождением и смертью Вселенной; а физика частиц занимается, главным образом, самыми микроскопическими и бесполезными частицами в мире. В конечном итоге эти три науки сливаются воедино. Мы, затаив дыхание, стремимся к объединенной и истинной (мы надеемся) теории, основной теории природы, которая объяснит все. Пока мы ее не достигли. 130
Что такое элементарная частица?
На рисунке 1 изображена змея, глотающая свой собственный хвост, — иллюстрация, которая, как мне сказали, имеет огромное мифологическое значение. Это змея относительных размеров. Числа, расположенные внутри змеи, соответствуют размерам объектов: от очень маленьких (в данном случае 10~18 сантиметров) до очень больших (в данном случае IO+18 сантиметров). Мы находимся в середине змеи, в ее животе. Так происходит потому, что мы имеем промежуточный размер: не очень большой и не очень маленький. В змее по возрастающей расположены горы, сама Земля, затем вся Солнечная система протяженностью примерно в один световой час. Гораздо большими являются расстояние до ближайшей звезды, размер нашей галактики, расстояние до галактики, родственной нашей, — Андромеды и, наконец, размер всей Вселенной. Спускаясь же по этой лестнице вниз, мы приходим к блохам и вшам, затем к бактериям, к цепочкам большой молекулы ДНК и, наконец, к самому атому. Ядро атома еще меньше: в 10 000 раз. Еще меньше кварки, образующие отдельные нейтроны и протоны. В сто раз меньше W- и Z-частицы, а еще меньше по-прежнему гипотетические составляющие нашей теории великого объединения.
Как ни странно, оказывается, что при изучении физики очень маленьких объектов магическая сила гравитации снова приобретает важность. Именно сила гравитации управляет всеми большими объектами. Гравитация важна для Земли, для нашей Солнечной системы, для звезд и для Галактики. И для чрезвычайно маленьких объектов гравитация снова оказывается значимой. Поэтому змея действительно проглатывает свой хвост. Эта тайна — красота современного синтеза физики частиц и космологии — есть изучение одного конкретного факта: гравитация необходима как физике очень малого, так и физике очень большого.
Я пытаюсь обучить этой связи на своем Гарвардском курсе, который, по сути, можно назвать физикой для враждебно настроенной аудитории. Весь Гарвард, как вам должно быть известно, делится на три части. Одна его часть посвящает себя науке, и эти студенты известны как сайанситы1. На противоположном полюсе — гуманоиды2, которые изучают английский язык, литературу и классические языки. Между ними расположились неопределившиеся: социологи, экономисты и последователи политической «науки», короче: социопаты3. Моя группа состоит из равных частей гуманоидов и социопатов. Я рассказываю им сказку о второй змее, которая спиралью скручивается внутрь, встречая
1Ot английского science — «наука». — Прим. пер.
2Ироннческое название гуманитариев. — Прим. пер.
3 Английское слово sociopath на русский язык также может переводиться как «психопат», поэтому в данном названии явно присутствует доля иронии, но дословно его можно перевести и как «общественная стезя». — Прим. пер. Что такое элементарная частица?
131
10 »cm
Биология
Рис. 1. Великая змея относительных размеров.
еще более правдоподобных претендентов на роль основных составляющих материи. Об этом и пойдет речь в данном эссе. Это периодическая прогрессия. Начнем с атомов.
