Александр Леонович - Физика без формул

Ричард Фейнманн(1918–1988) — американский физик-теоретик. Занимался квантовой теорией, физикой элементарных частиц, сверхпроводимостью, теорией тяготения. Разработал способ объяснения возможных превращений частиц. Предложил составную модель протона и нейтрона. Автор широко известного курса «Фейнмановские лекции по физике».

По всей видимости, элементарные, простейшие частицы вовсе не так просты. То есть они сами состоят из еще более мелких «деталек», названных кварками. Природа и здесь преподнесла нам сюрприз: хоть кварки и «сидят» внутри частиц, «выманить» их оттуда невозможно. Чем-то это похоже на строительство из блоков — каждый блок состоит из деталей, но они так сцементированы, что разъединить их нельзя.

А сколько всего «элементарных» частиц? За последнее столетие их обнаружили несколько сотен, причем очень разных, непохожих друг на друга — целый зоопарк. Об одной из них, совсем удивительной, стоит рассказать особо.

Изучая ядерные реакции, физики столкнулись с довольно хитрой загадкой. В каких-то случаях не сходились концы с концами, возникала, говоря языком торговцев, недостача энергии. Но допустить, что нарушается закон ее сохранения, ученые не могли. Пришлось даже изобрести, выдумать особую частичку, которая будто бы уносила с собой вот эту недостаточную энергию. Назвали ее нейтрино, что в переводе с итальянского означает «нейтрончик». Дело в том, что частичка эта нейтральна, не имеет заряда, и «поймать» ее, обнаружить обычными способами нельзя.

Двадцать долгих лет нейтрино существовало лишь теоретически, «в голове». Возникали вполне естественные сомнения в том, что она вообще может быть. И только когда были созданы ядерные реакторы, стало возможным найти ее следы. По этим следам, как детективы, ученые восстанавливали картину событий, в которых принимают участие нейтрино.

Вольфганг Паули(1900–1958) — швейцарский физик-теоретик. Работал во многих разделах современное теоретической физики, один из создателей квантовой механики. Сформулировал один из важнейших принципов строения вещества. Высказал гипотезу о существовании нейтрино и предсказал ее свойства. Глубоко занимался теорией элементарных частиц и ядерных сил.

Почему же так важно сегодня ее обнаружить? Ведь нейтрино, как говорят ученые, очень слабо взаимодействует с веществом. Представьте себе стальную плиту между Солнцем и Землей. Даже сквозь нее нейтрино пройдет, как через масло. Поэтому для ее фиксации необходимо строить приборы размером с многоэтажные дома.

Однако сложности, связанные с «поимкой» нейтрино, имеют обратную сторону. Легко проходя через огромные толщи вещества, нейтрино способны вырваться из недр Солнца и звезд и донести до нас ценнейшую информацию о них. Скажем, в 1987 году произошло редчайшее событие — в космосе взорвалась сверхновая звезда. Помимо световой вспышки и всплеска электромагнитных излучений самых разных длин волн, исследователям удалось зарегистрировать «испущенные» во время взрыва нейтрино. Сведения, принесенные нам этими частицами, значительно дополнили картину происходящих со звездой событий.

Возник целый раздел науки, занимающийся поиском новых излучений от неземных источников, — нейтринная астрономия.

Не читали ли вы роман Герберта Уэллса «Машина времени»? А может быть, вы смотрели популярный фильм «Назад в будущее»? Как видите, заманчивая идея путешествия во времени не дает покоя фантастам. А разве сами вы не мечтали о том, чтобы попасть в прошлое и взглянуть, например, на живых динозавров? Или залететь лет эдак на 200–300 в будущее, как оно там все будет выглядеть?

Оказалось, что физика в принципе допускает возможность полета в будущее. Именно полета, потому что, согласно теории относительности, в движущемся теле течение времени должно замедляться. Например, если запустить космический корабль с большой скоростью, то лет за пять его полета на Земле может пройти до 1000 лет. Вернувшиеся домой космонавты застали бы довольно далекое будущее.

А если там нам будет неуютно? Можно ли тогда развернуться и отправиться назад? Вот тут-то и возникают большие проблемы. Возможность путешествовать в прошлое меняет местами причину и следствие. Приводят такой жестокий пример. Вы, оказавшись в прошлом, убиваете свою собственную молодую бабушку. Как же вы тогда могли бы появиться на свет, и все это сотворить? Остается допустить, что существуют параллельные миры, в которых жизнь «разыгрывается» по различным сценариям. То есть тут, в нашем мире, вы живете по-нашенски, в каком-то другом — по-иному, а еще в третьем — вообще ни по-каковски: там вас вовсе нет. Ну что, нравится?

Фантазий на эту тему бесконечно много. Однако об этом думают и серьезные ученые. Несколько лет назад американские физики теоретически разработали проект машины времени, способной путешествовать и в прошлое. В нем также использованы идеи теории относительности. Правда, технически осуществить такой перелет невероятно сложно. Пока неизвестно, когда человек сможет воплотить этот проект в реальность и проверить — действительно ли заработает такая машина или все же в расчеты ученых вкралась ошибка.

Небо над нашими головами кажется неизменным, вечным. Однако так же, как и люди, все небесные тела, в том числе и звезды, появляются на этот свет, живут и исчезают. Наука за последние десятилетия позволила так много узнать о жизни звезд, что теперь можно описать историю буквально каждой из них. А средства, с помощью которых исследуют космические просторы, предоставила астрономам физика. Родилось отдельное научное направление, именуемое астрофизикой.

По-разному складывается судьба звезд. Одни из них, небольшие по массе, после выгорания в их недрах ядерного «горючего» превращаются в маленькие белые звездочки. Их называют «белыми карликами».

Звезды помассивнее сильно сжимаются тяготением. Вращающиеся вокруг ядер атомов электроны буквально вдавливаются в них. В результате образуются нейтральные частицы — нейтроны, «упакованные» столь плотно, что кусочек вещества такой звезды становится чудовищно тяжелым. Если взять его «с ноготок», то там уместится около миллиона тонн. Такие нейтронные звезды тоже помогла обнаружить астрофизика.