Микро- и мега- космос
На первый взгляд может показаться, что, несмотря на довольно тесное сотрудничество, астрономию и физику должны интересовать прямо противоположные задачи. Для исследователей Вселенной — это выяснение поведения объектов и процессов большого масштаба, раскрытие закономерностей мегакосмоса, который характеризуется колоссальными расстояниями и огромными промежутками времени. Наоборот, исследователи строения материи занимаются изучением элементарных частиц и явлений, познанием закономерностей микромира, проникая в ультрамалые субатомные интервалы до 10~17 см и до 10~27 сек.
Однако было бы неверно думать, что задачи, о которых идет речь, исключают друг друга, что между ними нет ничего общего. Микромир и мегакосмос — две стороны одного и того же процесса, который мы с вами наблюдаем во Вселенной. Какими бы гигантскими размерами ни обладала та пли иная космическая система, она в конечном итоге состоит из элементарных частиц. С другой стороны, многие ядерные процессы являются отражением космических явлений, охватывающих колоссальные области пространства.
Необходимость совместного изучения микромира и мегакосмоса, исследования тех глубоких связен, которые существуют между микроявлениями и мегапроцессами, диктуется еще и тем обстоятельством, что в том мире, в котором мы живем, в макромире, свойства «большого» и «малого» скрещиваются словно лучи прожектора. Ведь и мы сами, и все окружающие пае предметы состоят из элементарных частиц, и в то же время мы являемся частью мегакосмоса. Поэтому для того, чтобы попять и заставить работать па себя природные процессы (а в этом состоит главная задача любой пауки), необходимо стремиться к тому, чтобы познать наиболее глубокие закономерности, связывающие микромир и мегакосмос. К тому же астрономия, по крайней мере на данном этапе, может дать больше фактов, необходимых для развития физических представлений, чем даже ядерная физика. Хотя свойства микромира также неисчерпаемы, как и свойства мегакоемоса, опыт показывает, что при достигнутом уровне знаний получение принципиально новых фактом в области строения вещества требует значительно больших усилии, чем в области изучения Вселенной.
До сравнительно недавнего времени наиболее общими и глубокими заколами природы считались законы сохранении. Эти законы действуют как па уровне элементарных частиц (например, закон сохранения электрического заряда), так и па уровне макромира (закон сохранения количества движения), так, наконец, и на уровне мегакоемоса (закон сохранения матер пи).
Однако открытия последнего времени приводят к выводу, что, видимо, в природе действуют закономерности еще более общие, закономерности, из которых законы сохранения вытекают как одно из следствий. Это так называемые законы симметрии.
Хорошо известно, что в математике понятие симметрии связано с чисто геометрическими свойствами рассматриваемых объектов. Но в данном случае речь идет о симметрии в широком значении этого слова. Симметрия— это равновесие, пропорциональность, обратимость п т. п.
Принципы симметрии — это не что иное, как принципы инвариантности, о которых у нас уже шла речь. Если па первой ступени познания человек добывает у природы отдельные факты, на следующей выясняет связи между этими явлениями, т. е. открывает законы природы, то принципы инвариантности — это третья ступень познания: они устанавливают связи между законами природы.
Поэтому не удивительно, что именно свойство инвариантности, симметрии из всех известных современной науке закономерностей связывает микро- н мегаявления в наибольшей степени.
Одна из наиболее фундаментальных проблем современной пауки, непосредственно связанная с принципом симметрии — проблема вещества и антивещества. Как известно, наряду с элементарными частицами, из которых состоят все предметы, окружающие пас, существуют и так называемые античастицы. При этом в природе действует фундаментальный закон — частицы и античастицы могут возникать или исчезать (превращаться в иные формы материи) только парами. Другими словами, рождение частицы всегда сопровождается появлением соответствующей античастицы и наоборот. Более того, любое изменение количества вещества в природе обязательно должно сопровождаться соответствующим изменением количества антивещества. Если этот закон действительно является всеобщим, то во Вселенной существует симметрия относительно вещества и антивещества и общее число частиц должно быть равно числу античастиц. Изучение этой проблемы имеет важное значение для понимания многих явлений, происходящих в природе.
В частности, в связи с симметрией Вселенной относительно вещества и антивещества возникает весьма интересный вопрос. Если наша Земля, наша солнечная система, а возможно, также наша Галактика и Метагалактика целиком состоят из вещества, то где находится «уравновешивающее» количество антивещества? Была сделана попытка решить эту проблему с помощью гипотезы об антимирах, т. е. космических объектах, целиком состоящих из антиматерии. Дальнейшее развитие методов наблюдений позволит проверить обоснованность утих предположений. Но независимо от результатов подобной проверки возникает еще один вопрос: каким образом и на каких стадиях образования космических объектов могло произойти разделение вещества и антивещества, которое привело к образованию однородных космических тел типа Солнца или Земли? Ведь не отличаясь друг от друга по своим физическим и химическим свойствам, вещество и антивещество не могут сосуществовать. При соприкосновении друг с другом частицы и античастицы немедленно аннигилируют с выделением большого количества энергии, превращаясь в частицы излучения.
Но пока механизм разделения вещества и антивещества нам неизвестен. Проблема весьма трудная, и поскольку ее удовлетворительного решения до сих пор нет, многие исследователи выражают сомнение в самой возможности существования обособленных антимиров и антиобъектов.
С другой стороны, не исключено также, что представления о мирах и антимирах, существующих в различных частях Вселенной и удаленных друг от друга па определенное расстояние, являются чересчур наивными. Может быть и так, что мир и антимир сосуществуют в одной и той же области Вселенной во взаимно «вывернутых» пространствах и при противоположных направлениях течения времени.
В микромире действуют и другие законы симметрии, имеющие чрезвычайно важное значение для судеб Вселенной. Несомненно, что современная паука вплотную подшила к таким явлениям, объяснение которых может иметь чрезвычайно важное; значение для понимания основных свойств пространства и времени.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |