Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

Этот вопрос долго интриговал физиков. Потребовалась целая серия новых опытов и многолетние теоретические расчеты, прежде чем удалось выявить некоторые неизвестные ранее особенности ядерных взаимодействий, проливших свет на мягкость нейтрона.

В науке так иногда бывает: кажется, что открыто новое явление, а потом находятся еще не использованные резервы старой теории, и жар-птица ускользает из рук. Так случилось и в этот раз. Споры о причинах аномального поведения нейтронов в столкновениях с тяжелыми ядрами все еще идут, но все равно уже ясно, что это поведение никак не связано с эффектами деформаций.

В этом убеждают нас, например, опыты по взаимодействию гамма-квантов с ядрами тяжелого водорода дейтерия. Эти ядра состоят из протона и нейтрона, поэтому если известна деформация протона, то можно обнаружить деформацию и у нейтрона. Конечно, для этого опять-таки приходится учитывать ядерные силы, но для простого ядра дейтерия это можно сделать значительно точнее, чем для тяжелых ядер. Так вот, из опытов с дейтерием следует, что по своей жесткости протон и нейтрон не слишком различаются между собой. Их деформации — одного порядка.

Как ни странно, у короткоживущего пи-мезона многие свойства изучены лучше, чем у нейтрона. Правда, мы говорим о заряженных мезонах: время жизни нейтрального пи-мезона в 100 миллионов раз меньше и его внутренние свойства вообще еще не изучались в опыте. А вот заряженные пи-мезоны, хотя и входят в состав протона, имеют размеры почти такие же, как и сам протон. Близкой оказывается и величина жесткости этих частиц. Это объясняется тем, что размеры кварков, из которых «слеплены» элементарные частицы, очень малы. Кварки — почти точки. Поэтому величина системы определяется не размерами кварков, а расстояниями между ними, то есть радиусом действия глюонных сил. А этот радиус — такая же неизменная, универсальная постоянная, как заряд электрона или скорость света.

Но тогда мы вправе ожидать, что жестокость всех сильновзаимодействующих частиц (адронов) приблизительно одинакова, одного порядка. Экспериментальных данных на этот счет пока нет, но некоторые сведения получить все-таки можно, если учесть симметрию в семействах кварков и антикварков. Поскольку адроны — различные комбинации членов этих семейств, между их свойствами также можно установить зеркальные соотношения. Например, получается, что жесткость протона должна быть совершенно такой же, как и у сигма-минус-гиперона Σ -, жесткость нейтрона равна жесткости тяжелого кси-нуль-гиперона Ξ° и так далее. Аналогичными соотношениями связаны мезоны.

Есть основания думать, что легкие частицы — мю-мезоны, электрон, позитрон — тоже испытывают деформации во внешних полях. Но так как эти частицы по крайней мере в тысячу раз меньше адронов, их деформации, по-видимому, очень малы. Быть может, в миллиард раз меньше, чем у адронов.

Скульптуру элементарного мы только еще начинаем познавать. Дальше шаров, сигар, чечевичных зерен пока не пошли. Но разве не может быть в этом мире тонких и толстых баранок, дисков, гантелей или еще более сложных фигур? Ведь есть же предсказания (и небезосновательные), что ядра некоторых сверхтяжелых элементов имеют форму бублика и даже полого пупыря.

Особенно сложные формы такого рода объекты могут принимать в ультрамалых областях, где возможно изменение самой топологии пространства, например его размерности. В одном месте оно может быть трехмерным, в соседней области — четырех- или пятимерным. По-разному изогнутым и скрученным. А на границах переходы, которые трудно даже выразить словами. Это скорее, образы искусства, нежели науки.

Между прочим, наука и искусство имеют значительно. больше общего, чем это принято думать. Есть два способа приобретения знаний об окружающем мире — логический, связанный с осознаваемой деятельностью нашего рассудка, и в основном выражаемый словами или иными знаками, и интуитивный, зависящий от скрытой работы нашего подсознания, когда происходит как бы непосредственное восприятие, усмотрение факта. Хотя резкой границы между ними нет, можно с уверенностью сказать, что в науке логический способ рассуждения преобладает. Однако без интуиции, путем одной логики, наука развиваться не может. Основанные на строгих законах логики компьютеры успешно доказывают теоремы (бывали даже случаи, когда они открывали еще неизвестные), но все это делается в жестких рамках программ. Изменить их, то есть создать новую теорию, компьютер не может. Одной логики для этого недостаточно. Лежащие в основе науки процессы творчества в значительной степени имеют интуитивный характер.

В искусстве интуитивный, неосознаваемый нами элемент, основанный на ассоциациях, нюансах впечатлений и других невыразимых на логическом языке вещах, является определяющим. Во всяком случае многое начинается с него. Логика играет здесь подчиненную роль: Компьютеры умеют сочинять стихи и музыку, они создают сложные и очень красивые орнаменты. Но это не искусство, ведь они работают, так сказать, машинально — по заданному им логическому рецепту. Это ремесло, которому может обучиться каждый. Истинный художник работает иначе, истоки его искусства иные, но он не чужд логике, научному мышлению и в процессе замысла, и на завершающем этапе.

Наука и искусство дополняют друг друга. Не случайно многие выдающиеся ученые, внесшие большой вклад в самые абстрактные области человеческого знания, были страстными почитателями искусства.

в которой рассказывается о больших и малых черных дырах, о космических просторах внутри электрона, о крупинках вещества, каждая из которых — целая вселенная. Вместе с автором читатель приходит к выводу, что противопоставлять микромир космосу можно далеко не всегда

Когда смотришь в объемное черно-синее небо, где на разной глубине повисли точечки звезд, трудно представить себе, что каждая из них — раскаленный и бурлящий огненный шар, вроде нашего Солнца. Мириады солнц! Яростно белых, с температурой в десятки тысяч градусов, и более спокойных красных гигантов с массой, во много раз большей, чем у нашего Солнца. Взрывающихся сверхновых и умирающих, сжимающихся в плотный сгусток нейтронных звезд. Гигантских звездных скоплений, сливающихся в нерасцепляемую глазом светящуюся искорку, и таинственных, источающих чудовищную энергию суперзвезд — квазаров.

Далекие светящие точки... Ближайшая из них в 250 тысяч раз дальше нашего Солнца. Свет от нее идет четыре года. А свет квазаров помчался к нам, когда еще не существовало, ни Земли, ни Солнца.