В глубины материи
Многие свойства мегакосмоса самым тесным образом переплетаются со свойствами микромира, а это значит, что наступление на сокровенные тайны Вселенной ведется не только в астрономических обсерваториях, но и в физических лабораториях, где изучаются закономерности строения материи. Каждый новый успех ядерной физики позволяет глубже попять и космические явления, выяснить новые неизвестные ранее грани окружающего нас мира. Поэтому развитие астрономии со многом зависит от того, в каком состоянии находится в настоящее время физика микромира, физика элементарных частиц. Эти науки развиваются в значительной степени параллельно, и, вероятно, далеко не случайно, что обе они примерно в одно и то же время подошли к таким рубежам, которые могут оказаться важными поворотными пунктами в их дальнейшем разлитии.
Но если в науке о Вселенной достижение этих рубежей связано главным образом со значительным расширением пространственной области исследований, с изучением явлений все более и более крупных масштабов, то в физике элементарных частиц возникновение новых принципиальных проблем вызвано прямо противоположным процессом — проникновением в чрезвычайно малые пространственно-временные области.
С какими же явлениями столкнется современная физика, когда она заглянет внутрь атомного ядра, в ультрамалые субатомные области? Предвидеть это заранее по всей полноте не представляется возможным. Единственное, что можно сказать, не боясь ошибиться, — это то, что здесь ученых обязательно ждут совершенно неожиданные открытия. Что же касается теоретических прогнозов, то они скорее могут представить собой попытку предсказать не то, «что есть», а то «чего нет», т. е. от каких привычных представлений нам придется отказаться при проникновении в сверхмалые области. Подобные прогнозы, бесспорно, представляют значительный интерес, хотя, разумеется, их справедливость сможет подтвердить только эксперимент.
В частности, некоторые физики считают, что в пространственно-временных областях порядка 10~16 см и 10~26 сек понятие обособленной элементарной частицы вообще теряет смысл.
Хотя подобное предположение противоречит нашим привычным представлениям, оно тем не менее является вполне правдоподобным. Хорошо известно, что по мере все более глубокого проникновения в тайны строения материи физика XX столетия неоднократно сталкивалась со многими явлениями, которые на первый взгляд казались парадоксальными. Так, например, теория относительности Альберта Эйнштейна обнаружила, что масса тел не является неизменной, а растет с увеличением скорости движения. Было также установлено, что не существует единого абсолютного времени, что его течение происходит по-разному в различных материальных системах, движущихся друг относительно друга.
С не менее удивительными фактами столкнулась и атомная физика. Уже на одном из первых этапов проникновения в микромир обнаружилось, что привычные нам понятия классической механики не только не могут быть автоматически перенесены на микроявления, но и являются недостаточными для их описания.
Проникновение в тайны строения атомов потребовало экспериментов с энергиями от нескольких электрон-вольт до сотен тысяч электрон-вольт. Когда же были достигнуты еще более высокие энергии до согни миллионов и, наконец, миллиардов электрон-вольт, то оказалось, что при таких энергиях поведение микрочастиц отличается уже не только от поведения обычных макроскопических тел, но и от поведения элементарных частиц, например, электронов в атомах.
Таким образом, опыт, имеющийся у современной физике в изучении микропроцессов, убеждает нас в том, что при переходе ко все более малым пространственным областям мы всякий раз встречаемся с новыми явлениями.
Поэтому есть основания ожидать, что в области еще более высоких энергий мы столкнемся с еще более существенными отличиями от привычного положения вещей.
Некоторые ученые считают, что в ультрамалых субатомных областях, которые возникают, существуют во времени, перемещаются от точки к точке, уже нет. По мнению этих авторов, существование и движение частиц в этих условиях уже нельзя отделить от их взаимодействий друг с другом. Вероятно, область ядра — это область непрерывных, непрекращающихся взаимодействий и взаимопревращений, в которой все «кипит» и «бурлит» и в которой нет неменяющихся частиц.
По если частица не может в последовательные моменты времени появляться в различных точках пространства, то утрачивает смысл деление пространства и времени на части, которое осуществляют классическая и обычная атомная физика при описании различных процессов. Видимо, новые явления потребуют и совершенно новых методов описания.
Как известно, основная задача всякой физической теории состоит в том, чтобы на основе изучения современного состояния материальной системы предсказывать ее будущее.
В классической механике достаточно знать положения п скорости всех частиц системы в данный момент времени, чтобы с абсолютной точностью предвидеть, как она будет вести себя в дальнейшем. Обычная атомная физика позволяет, отталкиваясь от современного состояния системы, вычислять вероятности ее последующих состояний, т. е. подсчитывать, какие из возможных состояний способны осуществляться скорее других.
Но не исключено, что в области сверхвысоких энергий даже вероятностные оценки могут оказаться невозможными или, по крайней мере, недостаточными. Очень может быть, что здесь мы столкнемся с совершенно иной цепью причин и следствий, чем те, с которыми мы имели дело до сих пор. Другими слонами, может случиться, что в области, занимаемой атомным ядром, меняется ж; только понятие частицы, но и понятие причинности.
В то же время не вызывает сомнений, что ядерные явления в конечном итоге должны смыкаться с микро-процессами, изучаемыми обычной атомной физикой. Выявить и проследить эту зависимость на всех ее этапах научиться предвидеть последующие этапы па основе знания предыдущих — вот главная задача современной физики высоких энергии.
Заранее можно предсказать, что решение этой и других проблем, связанных с изучением внутриядерных процессов, столкнется с целым рядом принципиальных затруднений. Самое серьезное из них заключается в том, что в области атомного ядра теряют смысл основные физические понятия, с помощью которых мы описываем окружающий пас мир.
Однако физика уже не раз находила выход из подобных затруднений. Несомненно, так будет и па этот раз. Но каким именно явится этот выход, сейчас сказать еще нельзя. Не исключена возможность, что потребуется разработка совершенно нового математического аппарата и новой физической теории.
Ясно одно: проникая вглубь атомного ядра, мы можем обнаружить такие явления, изучение которых позволит значительно расширить наши представления о закономерностях строения материи.
Пока имеются лишь отдельные разрозненные экспериментальные данные, относящиеся к ультрамалым областям. Но уже удалось обнаружить некоторые «странные» явления.
Одно из них — так называемые «огненные шары». Было замечено, что при столкновении частиц с энергиями, превосходящими несколько тысяч Бая, могут возникать необычные образования, существующие лишь па протяжении чрезвычайно коротких промежутков времени и затем распадающиеся одинаково по всем направлениям на большое число вторичных частиц. Любопытно, между прочим, что это явление в какой-то мере в миниатюре напоминает рождение звезд в звездных ассоциациях.
Правда, пока еще нельзя с уверенностью утверждать, что это и другие подобные явления, обнаруженные в ультрамалых областях, не найдут себе объяснения с точки зрения привычных представлений.
Но во всяком случае явления эти в достаточной степени необычны.
Дальнейшее проникновение в сверхмалые области будет способствовать не только дальнейшему познанию микромира, но и более глубокому пониманию явлении космического масштаба.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |