Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

Автор заметки, как ясно всякому специалисту, перестарался. На основании одного-единственного импульса еще нельзя сделать надежных заключений. Это могло быть и капризом аппаратуры. Как ни изощряйся, какие предосторожности ни принимай, такие капризы случались не раз прежде, случаются и в наши дни. Об открытии говорить рано, нужны подтверждения.

Нечто подобное как раз было несколько лет назад. На одной из международных конференций группа американских физиков сообщила, что высоко над землей, в космических лучах, им удалось обнаружить частицу, у которой вместо электрического заряда был магнитный. Сенсация быстро облетела все лаборатории мира. Сообщение американцев обсуждалось на семинарах и в рабочих кабинетах, в коридорах и в столовых. Еще бы если есть хоть одна такая частица, то почему не быть целому миру, в котором «все, как у нас», но электрические заряды заменены магнитными? Магнитные атомы, магнитные молекулы... Как в волшебном зеркале: все, что было электрическим, стало магнитным, а магнитное — электрическим. Может, и в нашем мире удастся создать когда-нибудь такое необычное «магнитное вещество»?

А потом все затихло. Оказалось, что результаты наблюдений можно объяснить без магнитных зарядов. Манящая дверь в волшебный магнитный мир так и не открылась.

Но возможен ли вообще такой мир? Откуда физики взяли, что между электрическими и магнитными свойствами природы должна быть симметрия?

Для того, чтобы ответить на эти вопросы, придется мысленно перенестись на 150 лет назад — в Англию позапрошлого века. Это было время бурного развития промышленности. По всей стране возникали фабрики и заводы со сложными (по тем временам, разумеется) станками и механизмами. Для их создания и совершенствования требовались научные изыскания. Важными становились разделы науки, еще недавно считавшиеся чисто кабинетными, не имеющими никакого практического значения. А это, в свою очередь, подталкивало ученых к исследованию новых явлений, тем более что физические приборы были еще очень просты, и любой человек со средствами, даже относительно скромными, мог создать домашнюю лабораторию, оборудованную на «уровне мировых стандартов».

Наверное, тогда и вошел в литературу образ гениального ученого-одиночки, ниспровергающего мировые законы в подвале своего дома. Как мало это похоже на современную науку! Ученые тогда, по существу, еще только приступали к детальному изучению окружающей природы, и их интересовало все. В поисках новых законов они сопоставляли и связывали явления, которые до того, казалось, не имели межу собой ничего общего. Исследования «на вольную тему», эксперименты для проверки «сумасшедшей» идеи — все это было обычным делом. И результаты часто бывали просто поразительными. Настоящий калейдоскоп открытий! Именно тогда была установлена связь трех явлений, на первый взгляд не имеющих между собой ничего общего: электричества магнетизма и света. Человечество обязано этим нескольким ученым, но прежде всего Майклу Фарадею.

Самое важное достижение Фарадея — открытие электромагнитного поля. Оказалось, что электричество и магнетизм — это две части единого целого — распределенного в пространстве поля. Если до того считалось, что мир состоит из вещества, то теперь к этому добавилась новая сущность — электромагнитное поле, которое может быть либо «привязанным» к зарядам и токам, порождая действующие вокруг них силы, либо отрываться от них в виде светового излучения.

Сотни опытов проделал Фарадей, изучая свойства открытого им электромагнитного поля и его взаимодействие с веществом. Целый каскад неожиданных догадок и остроумных гипотез! Можно только поражаться фантазии и изобретательности этого человека. И вот что интересно: каждый новый эксперимент свидетельствовал о замечательной симметрии электричества и магнетизма. Любому электрическому явлению всегда можно было, как в зеркале, найти соответствующее магнитное.

Когда знакомишься с поражающим воображение перечнем опытов, проделанных Фарадеем, может показаться, что он действовал методом слепого перебора вариантов, или, как грубовато говорят физики, «методом тыка», перебирая наугад различные комбинации. Но, это не так. Атмосфера смелых экспериментов, свойственная его времени, безусловно, наложила отпечаток на творчество ученого, однако в процессе своих опытов Фарадей сумел составить глубокие и в целом правильные представления о природе электромагнетизма. Эти представления и были тем внутренним компасом, которым он руководствовался при постановке все новых и новых экспериментов.

Правда, в статьях Фарадея нет ни одной математической формулы, его представления были наглядно-качественными, с помощью его силовых, линий и трубок трудно делать точные расчеты. Строгий математический вид электромагнитной теории придал другой великий английский физик — Джеймс Клерк Максвелл, родившийся на 40 дет позже своего предшественника, как раз тогда, когда тот сделал главное свое открытие — доказал, что магнетизм может превращаться в электричество.

Современникам новая теория казалась чрезвычайно сложной. Даже значительно позже, уже в начале нашего столетия, профессор Московского университета Станкевич говорил своим студентам: «Теперь мы переходим к новой главе нашего курса. Это теория Максвелла, которая настолько сложна, что лекционному изложению не поддается. Вы можете с ней познакомиться по моему монографическому курсу, а курс приобретите у швейцара Андрея. Переходим к следующей главе».

Физическим теориям свойственна одна замечательная особенность: если их математические формулы правильно отражают природу, то они не просто описывают некий опыт, а являются его обобщением; по этой причине их содержание значительно богаче исходных экспериментальных данных. Они предсказывают новые, неизвестные факты, экспериментальное подтверждение которых убеждает нас в правильности теории. Все это относится и к теории Максвелла. Вместе с механикой Ньютона она составляет фундамент физики. Правда, вскоре после eе создания ученые заметили удивительную особенность. Несмотря на то что электрическое и магнитное поля являются двумя равноправными половинками единого поля или, точнее, двумя сторонами одной модели и входят в уравнения теории Максвелла совершенно симметрично, полного равноправия электричества и магнетизма все же нет. Электричество имеет источники-заряды, а магнитных зарядов нет: магнетизм порождается токами, то есть опять-таки электрическими зарядами, только движущимися. Каждый школьник знает что, распилив магнит, он не получит двух кусков с разными магнитными зарядами — каждый кусок снова окажется магнитом с двумя полюсами. Другими словами, в природе встречаются только двухполюсные или как говорят физики, дипольные магнитные системы и нет изолированных полюсов-монополей.