Николай Горькавый - Неоткрытые миры

Вера Рубин(1928–2016) — знаменитая американская женщина-астроном, которая открыла, что звёзды в галактиках, включая Млечный Путь, движутся быстрее, чем позволяет притяжение видимой материи, — так, словно в галактиках содержится большое количество невидимого вещества. В начале XXI века на эту тему публиковалось полторы тысячи научных статей в год. Вера Рубин получила за свои работы множество наград, включая золотую медаль Королевского астрономического общества (1996) и премию Грубера по космологии (2002).

Закон Кеплера— закон, сформулированный Иоганном Кеплером (1571–1630), согласно которому, скорость обращения планет падает с ростом расстояния от Солнца. Увеличение расстояния в четыре раза вызывает уменьшение скорости обращения в два раза.

Королева Никки приехала в гости и присоединилась к детям, которые слушали традиционную вечернюю сказку, что читала их мать, Дзинтара.

— Из чего состоят наши тела, вода, камни, деревья и всё в природе, что нас окружает? Этим вопросом задавались ещё древние греки. Грек Демокрит был младшим сыном в богатой семье. Он взял свою долю наследства деньгами и отправился путешествовать. Он объездил многие страны и города, включая Египет, где жили и работали самые выдающиеся математики и учёные Средиземноморья. Он был равнодушен к славе и был всегда весёлым, за что получил прозвище «смеющийся философ». Демокрит стал учеником Левкиппа, и после долгих бесед и споров они пришли к выводу, что все тела нашего мира состоят из мельчайших неделимых частиц — атомов. Они цепляются друг за друга специальными крючками и образуют разные предметы. Между атомами лежит пустота.

Диоген Лаэртский, греческий историк, так описывал мировоззрение Демокрита: «Начала Вселенной суть атомы и пустота, всё остальное лишь считается существующим. Миры бесконечны и подвержены возникновению и разрушению. Ничто не возникает из несуществующего, и ничто не разрушается в несуществующее. Атомы тоже бесконечны по величине и количеству, они вихрем несутся по Вселенной и этим порождают всё сложное — огонь, воду, воздух, землю, ибо все они суть соединения каких-то атомов, которые не подвержены воздействиям и неизменны в силу своей твёрдости. Солнце и луна состоят из таких же телец, гладких и круглых, точно так же и душа; а душа и ум — одно и то же».

— Мне кажется, что моя душа отличается от души Андрея, — сказала Галатея, — Моя душа состоит из зелёных кругленьких телец, а его — склеена из коричневых квадратных частиц.

— Из кубических, — поправил педантичный Андрей младшую сестру.

— Именно это я и имею в виду! — хихикнула Галатея.

— Теория Левкиппа и Демокрита вызвала резкую критику. Афины, тогдашний центр европейской научной мысли, не признали этого учения. Платон высказался за то, что все книги Демокрита надо сжечь. Действительно, ни одной из его книг до нас не дошло, история сохранила лишь отдельные его высказывания. Ещё один титан античности, Аристотель, считал, что ветер, огонь, вода и земля являются непрерывными субстанциями, поэтому существование пустоты между атомами Демокрита противоречит законам природы. Даже спустя тысячи лет, в Средние века, церковь категорически отрицала учение, по которому всё в мире состоит из атомов, и жестоко преследовала сторонников атомизма, считая их еретиками.

История показала, что Демокрит был прав. Учение об атомах стало основой современного научного мировоззрения. По лестнице размеров астрономы идут вверх, в макромир, а физики и химики — вниз, в микромир, но куда бы мы не пришли, мы имеем дело с атомами. Но являются ли атомы простейшими и неделимыми элементами мира? Нет, атомы оказались далеко не такими круглыми и гладкими, как думал Демокрит. Учёные выяснили, что атомы сами состоят из более простых частиц, которые стали называть элементарными. Первой элементарной частицей стал отрицательно заряженный электрон, открытый Дж. Томсоном в 1897 году. Через двадцать с лишним лет Резерфорд и другие физики доказали существование ещё одной элементарной частицы — положительно заряженного массивного протона.

В начале XX века был период, когда, как казалось физикам, мечта человека о познании мельчайших неделимых частиц мира осуществилась. Трёх сортов стабильных частиц — электронов, протонов и фотонов — хватало для объяснения светового электромагнитного излучения от атомов и для построения самих атомов, положительно заряженные ядра которых состояли, по тогдашним воззрениям, из неравной смеси протонов и электронов, а оболочки — из отрицательно заряженных электронов. Значит, именно эти три частицы являются теми простейшими кирпичиками, из которых построен наш мир? Но модель атомного ядра, состоящего из протонов и электронов, вызывала сомнения. Резерфорд и другие физики подозревали, что в ядре существует нейтрон — нейтральная частица, которая прибавляет ядру массу, не добавляя заряд. Именно количеством нейтронов в ядре и отличаются друг от друга изотопы одного и того же химического элемента. В 1932 году нейтрон был открыт Чедвиком. Казалось, что можно вздохнуть с облегчением: мир атомов прекрасно строился из протонов, нейтронов и электронов. Добавить сюда фотоны — и получится, что для построения Вселенной достаточно всего четырёх сортов частиц, из которых только нейтрон был нестабильным и имел время жизни на свободе около четырнадцати минут, хотя внутри ядра он сохранял устойчивость и жил неограниченно долго.

Но была одна проблема: при бета-распаде нестабильных ядер оттуда вылетали электроны. Когда учёные подсчитали энергетический баланс этой реакции, то обнаружили, что энергия системы до распада и после различается, словно закон сохранения энергии не выполняется. Вольфганг Паули в 1930 году выдвинул идею нейтрино — лёгкой нейтральной частицы, которая уносит часть энергии бета-распада. С учётом нейтрино, которое было очень трудно обнаружить, закон сохранения удавалось спасти.

— Значит, для построения мира нужно было пять частиц? — уточнила Галатея.

— Для ядерных сил, скрепляющих атомное ядро, японец Юкава в 1934 году предложил модель, в основе которой лежит новая и нестабильная элементарная частица пимезон.

— Шесть частиц? — Галатея стала загибать пальцы на второй руке.

— В 1936 году нашли частицу, которую приняли за мезон Юкавы. Но это оказался мюон, совсем не та частица, которая ожидалась. Как сказал профессор Исидор Раби, когда был открыт мюон: «Кто заказал это?» Пимезон Юкавы был открыт в 1947 году.

— Уже семь частиц! — продолжила счёт девочка.

— Модель элементарных частиц затрещала по швам. В том же году были открыты две новые элементарные частицы — К-мезон и лямбда-гиперон. В 1955 году был открыт антипротон, в 1956 году — нейтрино, предсказанное Паули. Элементарные частицы посыпались, как горох из разорвавшегося мешка.