Тема 6. Микромир

- Господи, они синтезировали еще один трансурановый элемент. Как будем реагировать?

- Добавим еще один нелинейный член в Истинное Уравнение Единого Поля¹.

Получать новые объективные данные о физическом мире всё сложнее. Ведь современная научная практика имеет все более опосредованный характер. Мы все более удаляемся от привычной для нас области реальности.

Ученый - это словно Гулливер, оказавшийся либо в стране лилипутов, либо в стране великанов. Так как в данной главе речь будет идти о "стране лилипутов", приведу такой пример. Вообразите, что в вашем распоряжении мощный экскаватор, с помощью которого требуется пересадить пушистые одуванчики на новое место, причем нисколько не повредив их. Задача не из легких. Физик-экспериментатор, анализирующий микропроцессы, зачастую оказывается в гораздо более сложной ситуации, требующей необыкновенной филигранности в работе².

Изучая микромир, ученому приходится преодолевать все большие трудности.

Кроме “приборного опосредования” научных знаний имеет место и “теоретическое опосредование”. Под последним можно понимать все разрастающиеся теоретические построения, описывающие изучаемый объект³.

Науки лишь на этапе своего зарождения изучали то, что лежит почти на поверхности. Так, например, в пору своего детства астрономия просто составляла каталоги небесных светил, а биология коллекционировала растения, животных и насекомых. Ныне теоретический путь к изучаемому объекту становится все длиннее. Возрастает его “концептуальная нагруженность”. Становится труднее определить, что "исходит" от изучаемого объекта, а что - от наших теоретических построений.

По словам академика Ландау¹, сила человеческого разума такова, что мы можем понять то, что даже не можем вообразить.

6.1. Мир элементарных частиц. Атомы. Молекулы.

Начнем с самого фундаментального, с самого «простого». Выше уже были рассмотрены основные физические поля. Теперь подробнее представим основные субэлементарные и элементарные частицы.

Субэлементарными считаются кварки*. Это самые парадоксальные представители микромира². Если бы они были вне элементарных частиц, то были бы больше и тяжелее тех частиц, внутри которых находятся. Кварки взаимодействуют между собой благодаря гипотетическим глюонам. Последние представляют из себя электрически нейтральные частицы, масса которых равна нулю, а спин единице.

В известном смысле, на несколько более высоком структурно-масштабном уровне находятся так называемые элементарные частицы. Их классификация насчитывает больше сотни типов. Наиболее устойчивы из элементарных частиц и входят во все атомы электрон е^- (открыт Дж. Томсоном, 1897 г.), протон р⁺ (открыт Э. Резерфордом: теоретически – 1911 г., экспериментально - 1919 г.), нейтрон n^о (открыт Дж. Чедвиком, 1932 г.).

Однако из нейтронов устойчивы только те, которые входят в стабильные атомные ядра. Свободный нейтрон не стабилен, среднее время его жизни всего около 15 минут. Затем происходит так называемый бета-распад нейтрона. Он распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино:

n  p + e + _e

Для сравнения отметим, что среднее время жизни свободного протона 10³⁰ лет.

ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

АДРОНЫ

ФОТОНЫ

ЛЕПТОНЫ

обычные

необычные

электроны

протоны

"странные"

отрицательные мюоны

нейтроны

"очарованные"

тяжелые лептоны (и их античастицы)

π-мезоны

"красивые"

нейтрино

Кое о чем говорит даже простой перевод некоторых наименований элементарных частиц: лептон - легкий; адрос - сильный, большой; барус - тяжелый и др.

Что касается фотона, то он является квантом электромагнитного поля (обозначение – γ). Благодаря нему, взаимодействуют заряженные частицы, происходит излучение и поглощение света. Фотон не имеет массы покоя и может существовать, только двигаясь со скоростью света. За счет движения «тяжелые» фотоны рентгеновских лучей имеют массу, которая почти равна массе электрона.