Журнал «Знание-сила» - Знание-сила 1998 № 06(852)

Впоследствии Макдональд с коллегами направлял пучок лазерных фотонов навстречу разогнанным электронам Стенфордского ускорителя. От таких «лобовых» столкновений фотоны становятся энергичными гамма-лучами. Когда они оказываются в определенной близости друг от друга, то рождается пара электрон—позитрон. Экспериментаторы произвели 22 тысячи лазерных «выстрелов» по пучку из ускорителя и «произвели на свет» сто пар частиц.

По оценке Макдональда, через пять-десять лет по такой схеме можно будет создавать небольшие количества антивещества, если, конечно, использовать более мощные установки. Но не надейтесь, что вы дождетесь гамбургера из-под лазера: даже если все излучение Солнца сфокусировать в одном пятнышке, то родиться смогут лишь несколько граммов вещества. •

Александр СЕМЕНОВ

Э. Капусцик

доктор физико-математических наук

* Композиция В. Бреля

Как развиваться науке дальше? Эксперимент стал слишком дорог. Пришло время критического просмотра огромных массивов уже накопленной информации. Пример механики, казалось бы, взад и вперед «изъезженной» науки, показывает, что на этом пути нас ждут важные открытия. Это позволит также выбрать направления для «снайперских» экспериментов и не изучать все подряд.

Упреждающая теоретическая разведка в глубь и в ширь окружающего нас становится главным средством научного исследования. В тылу двигавшейся стомильными шагами науки накопилось много такого, что можно использовать в качестве «строительных лесов», позволяющих подняться высоко над привычными нам представлениями. Не зря говорят. что новое — это часто всего лишь переосмысленное старое. В науке это тоже справедливо.

Все дело в том, что уравнения, которыми физики описывают протекающие вокруг нас процессы, как правило, «умнее» их создателей и всегда содержат нечто такое, что выходит за рамки исходных идей. Разве Эйнштейн предвидел, что внутри его гравитационных уравнений содержится в свернутом виде теория расширяющейся Вселенной? Дж. Максвелл, наверное, тоже был бы весьма удивлен, обнаружив, что в написанных им уравнениях электромагнитного поля спрятана беспроволочная радиосвязь, телевидение и радиолокация! Ничего подобного он и вообразить не мог.

Переживание пространства, Архитектурная фантазия

Механика... Казалось бы, что может подсказать эта созданная несколько столетий назад наука современным физикам, имеющим дело со сверхбыстрыми процессами, с искривленным пространством, с суперэлементарными частицами — кварками? Оказывается, может. И если бы физики были внимательнее к этой старой науке, многие их фундаментальные открытия были бы сделаны значительно раньше. В уравнениях механики были для этого и намеки, и подсказки.

Наверное, об этом можно было бы говорить как о потерянных шансах механики. Хотя виновата не она, а мы, физики, свысока, пренебрежительно относящиеся к перевернутым и переворачиваемым страницам науки. Теория во многом похожа на загадочную картинку, где среди леса чисел и символов прячутся новые принципы и двери в не открытые еще области физики.

Бывает время бросать камни и время их собирать...

Физиков давно интересовал вопрос: если мы находимся внутри изолированной от внешнего мира кабины, без дверей и окон, то как узнать, движется эта кабина или же стоит на месте? Представим себе, например, что небо над нашими головами было бы постоянно затянуто облаками, смогли бы мы тогда установить факт движения Земли в пространстве? А если взглянуть пошире и предположить, что видимая нами часть Космоса — это огромная «камера», то можно ли узнать о ее движении? И вообще, существует ли абсолютное движение по отношению к какой-то первооснове (вакууму, скажем мы сегодня), или все скорости в мире относительны и с этой точки зрения мир иллюзорен?

Знаменитый итальянский астроном и физик Галилео Галилей, рискуя попасть на суд инквизиции, первым попытался ответить на этот вопрос. Он доказывал. что если двигаться совершенно равномерно, без ускорения и без отклонений в стороны, то о движении «кабины» и ее скорости мы никогда и ничего не узнаем. Ньютон подтвердил этот вывод с помощью своих уравнений.

Проблема абсолютной скорости и выбора системы координат с разных точек зрения многократно рассматривалась и последующими поколениями физиков. К сожалению, для них осталось неизвестным, что аналогичная задача, но в значительно более общем виде, решалась математиками. Они же изучали инварианты — выражения, которые в данной системе уравнений остаются неизменными при преобразованиях координат. Было доказано, что в классе уравнений, к которому принадлежат уравнения механики, существуют инварианты двух типов. Во-первых, такие, которые «нечувствительны» по отношению к равномерным (линейным на языке математики) сдвигам пространственных координат при неизменном значении времени. Это как раз — случай, рассмотренный Галилеем. Во-вторых, инварианты, отвечающие сдвигу сразу и пространства, и времени. Один из таких пространственно- временных сдвигов в точности совпадает с преобразованиями теории относительности. Их открыли с большим опозданием, на рубеже XIX и XX веков, когда возникли трудности с объяснением опытов со светом, а могли бы открыть и раньше, если бы физики и математики работали в более тесном контакте.

Кстати, идея о том, что тела движутся в искривленном пространстве, которую обычно приписывают Общей теории относительности, использовалась еще в механике. Первыми к мысли о том, что искривленным может быть не только вещество, но и само пустое пространство, пришли математики. В середине прошлого века ее развивал казанский геометр НИ Лобачевский, а в общем виде сформулировал в Геттингене Бернхард Риман. По воспоминаниям очевидцев, прослушав доклад Римана, тогдашний «король математиков» Карл Гаусс не мог найти слов, «пребывая в состоянии наивысшего изумления». Пустое, но искривленное — с этим действительно трудно примириться!

Немецкий физик Генрих Герц пришел к этой идее из других соображений.

Он изучал механику системы, состоящей из большого числа взаимодействующих между собой частиц. Вместо того чтобы отмечать величины, относящиеся к некоторой N-й частице, индексом N, как это было общепринято, Герц ввел сплошную нумерацию — от единицы до максимальной, равной числу рассматриваемых частиц. И тогда его уравнения приобрели такой вид, как будто система состояла всего из одной-единственной частицы, но движущейся в многомерном искривленном пространстве. Оказалось, что силы можно заменить искривлением ландшафта! Частица катится там по ложбинкам и спускам, обходя вершины и горки, — как в созданной позднее Общей теории относительности. В то же время картина многомерного пространства подготовила почву для рождения современных идей о том, что микропространство действительно имеет значительно больше «сторон света», чем окружающий нас крупномасштабный Космос.