Роман Подольный - Чем мир держится?

Пока что путь к победам над тяготением шел не через познание природы и характеристик силы гравитации. Мы просто противопоставили силе силу. Так когда-то человек смирил силой дикую лошадь, заставил ее тянуть повозку. Но должны были пройти тысячелетия, прежде чем он оседлал давно уже служившего ему коня, сделал его не только помощником, но и другом. Придет время, мы научимся не только побеждать гравитацию, но и властвовать над ней, «потеряем» еще одного врага, а союзника обратим в верного друга. Самого могучего во Вселенной и в то же время самого слабого…

Центральный закон диалектики, по Марксу и Энгельсу, — закон единства и борьбы противоположностей. И один из самых знаменитых парадоксов Нильса Бора можно рассматривать попросту как отражение действия этого закона в природе. Великий датский физик вполне в духе своей науки так определил действительно глубокие физические истины: если они верпы, то верпы и истины, им противоположные. Вот уж, кажется, парадокс парадоксов! Но все же каждый из нас, порывшись в памяти, без особого труда найдет — хотя бы среди обрывков школьных знаний — немалое число примеров, подтверждающих мысль Бора. Один из них — история научных представлений об атоме… Две с половиной тысячи лет назад была высказана впервые глубочайшая истина о существовании мельчайшей неделимой частицы материи— атома. Сегодня мы сохраняем за атомом его имя «неделимого», но знаем, что он делится. Эти две истины противоположны друг другу и верны одновременно, но верны для разных уровней строения материи и для разных уровней познания ее.

В этой книге нам часто придется вспоминать парадоксальное определение, данное Бором действительно глубоким истинам.

Уж, наверное, не случайно самая могучая из сил Вселенной оказывается одновременно и самой слабой. Огромен и неисчерпаем мир — вширь и вглубь. Но ученые знают только четыре типа работающих в нем сил, четыре разновидности взаимодействий в мире.

Самую могучую из этих разновидностей так и зовут сильной — говорят о «сильных взаимодействиях». Их сфера действия — элементарные частицы, атомное ядро. «Сильные силы» связывают его частицы воедино. Следующее по мощи взаимодействие — электромагнитное. Оно возникает между телами, несущими электрический заряд. Следующая ступенька вниз — и мы приходим к силам, проявляющимся в некоторых реакциях между элементарными частицами. Так они слабы, что их и назвали слабыми взаимодействиями. Гравитационное взаимодействие— несравненно слабее и этих сил, даже по названию слабых.

Вот два протона в атомном ядре. Между ними должны действовать все четыре вида мировых сил. Ядерные силы — раз (в ядре же эти протоны); электромагнитные — два (эти протоны несут положительный электромагнитный заряд); слабые (протоны же элементарные частицы) и, наконец, гравитационные — протоны, как все тела, имеют массу и притягиваются друг к другу по закону всемирного тяготения. Так вот сильное взаимодействие между протонами примерно в сто раз превышает по мощи электромагнитное. То, в свою очередь, сильнее слабого взаимодействия… в сто миллиардов раз. Но гравитационное «хуже» и слабого-то еще в десять триллионов триллионов (или в десять миллиардов квадрильонов) раз. Ради краткости это записывают так— 10 25. А уж между сильным и гравитационным взаимодействиями разрыв примерно в десять в тридцать восьмой степени раз — сильное мощнее в его квинтильонов квинтильонов раз.

Масса Земли равна примерно шести, помноженному на десять в двадцать седьмой степени граммов. Если для простоты расчета убрать множитель шесть, то получается, что Земля во столько же раз тяжелее миллиардной доли грамма, во сколько раз электромагнитные силы взаимодействия между протонами мощнее сил тяготения между ними же.

Еще более впечатляющую картину дает сравнение сил взаимодействия между двумя электронами (электромагнитный заряд у каждого из них по абсолютной величине тот же, что у протона, зато масса почти в две тысячи раз меньше массы протона). Здесь электромагнитные силы уже десять в сорок третьей степени раз больше гравитационных — как раз во столько же раз, во сколько раз Земля тяжелее одной десятиквадрильонной доли грамма.

Нет в нашем мире силы слабее, чем гравитация!

Но проигрывая в этом, гравитация- берет свое и на планете и во Вселенной благодаря другим своим качествам. Сильные взаимодействия сверхмогучи, но место действия у них очень ограниченное — атомное ядро.

У электромагнитных сил область приложения куда шире. Но и они по масштабам своего действия далеко уступают гравитации. Ведь частицы и тела могут иметь как положительные, так и отрицательные заряды, могут быть и нейтральными. В космических телах и масштабах эти заряды, естественно, складываются и почти целиком— по воздействию на окружение космического тела — «взаимоуничтожаются».

О слабых взаимодействиях, проявляющихся лишь на уровне элементарных частиц, и говорить нечего. Слишком узко поле их действия.

А слабой гравитации подвластно все — от света до звезд, и расстояние даже межзвездное для нее не преграда. Гравитационные заряды всегда «складываются». Мы не знаем вещества, которое бы не несло «гравитационного заряда». О гравитации порой говорят как о всеобщем свойстве материи. Это универсальная, самая «тотальная» из известных человеку сил природы.

А может, мы поспешили, назвав ее всеобщей, если она значительна только в макро- и мегамире, то есть в мире больших и гигантских величин? Пожалуй, нет, не поспешили. Да, в молекуле, атоме, атомном ядре гравитация не играет никакой роли. Слишком велики межатомные и даже межнуклонные расстояния при сверхничтожных размерах масс атомов и элементарных частиц. Но по мере нашего проникновения в глубь материн мы, быть может, выйдем к таким структурным частям элементарных частиц, расстояния между которыми окажутся настолько ничтожны (по сравнению с их массами), что гравитация вновь заявит здесь о себе во весь голос.

Мало того. Все остальные взаимодействия могут носить двоякий характер. Тела, несущие электромагнитные заряды одного знака, отталкиваются, тела с зарядами противоположного знака притягиваются. В атомном ядре на одном расстоянии сильное взаимодействие проявляется в притяжении нуклонов (протонов и нейтронов) друг к другу, на более близком расстоянии — во взаимоотталкивании я дер пых частиц. Слабое взаимодействие тоже может происходить по-разному…

А вот гравитация, тяготение, всегда проявляется только в притяжении тел, она в этом отношении демонстрирует завиднейшее постоянство. Есть, правда, гипотезы о том, что просто мы имели до сих пор всегда дело только с положительным гравитационным зарядом тел, а возможна, так сказать, отрицательная масса, с другими гравитационными свойствами. В своем месте мы еще о таких гипотезах поговорим, но пока что останемся на твердой почве достоверно известных фактов.