Техника - молодёжи 1958-11, страница 35

могут лежать обычные тела, движущиеся по законам классической, или релятивистской, механики, а нечто совсем другое.

Что же именно? Не электромагнитное ли поле? Нельзя ли вновь попытаться построить единую теорию, ио теперь уже на основе электромагнитного поля?

Но подобной единой картины мира построить не удалось. Во-первых, с открытием нейтронов, нейтрино, меаонов и других элементарных частиц стало ясно, что в природе существуют не одни электромагнитные поля и сопоставленные им частицы или простейшие порции поля— фотоны, но также частицы, явным образом не связанные с электромагнитным полем. Во-вторых, были еще гравитационные поля, иначе говоря — поля тяготения, которые также никак не удавалось свести к электромагнитным.

В двадцатых годах текущего столетия и в начале тридцатых была предпринята третья серьезная попытка построения объединенной физической картины мира— так называемая геометризированная единая теория поля.

Она еще не охватывала нейтронов, мезонов и других видов материи, связанных с элементарными частицами, но пыталась ввести в единую картину мира гравитацию и электромагнетизм.

На этот раз ключ к единству известных в те времена форм материи, как имеющих массу покоя, так и электромагнитной (не имеющей массы покоя) и гравитационной, старались отыскать не в каких-либо физических свойствах мира, а в математических: в его геометрии.

Сейчас не место подробно рассматривать эту интересную, но сложную теорию. Заметим лишь, что толчком к ее созданию послужил успех так называемой общей теории относительности А. Эйнштейна, которому впервые удалось пролить свет на природу тяготения. Развивая идеи знаменитых математиков Н. И. Лобачевского, Я. Больяи и Г. Ри-мана, великий физик подверг сомнению правильность применения эвклидовой геометрии и, приняв, что пространство, окружающее нас, в действительности искривлено, доказал, что гравитация как

рав и связана с искривлением пространства!

Но если это так, если геометрические свойства пространства связаны с грави

тационными полями, почему бы не предположить, что эти свойства могут обусловить и поля электромагнитные? Может быть, не механика и не электромагнетизм, а геометрия — тот фундамент, на котором следует искать единство мира?

Нашлось немало сторонников и энтузиастов подобной точки зрения. Как довольно справедливо и остроумно заметил один из крупнейших современных физиков, М. Лауэ: «Ничто так не волнует человечество, как свойства пространства и времени». Тяготение удалось объяснить, перейдя от «плоского», эвклидова, пространства к «искривленному», риманову. Электромагнетизм аналогично стали пытаться объяснять, переходя либо к «закрученному» пространству, либо к пространству пятимерному, где в дополнение к четырем обычным измерениям — длине, ширине, высоте и времени — существует и особое, пятое и т. д.

И все же, несмотря на большие силы, ринувшиеся на создание новой единой теории поля (Вейль, Эддингтон, Картан, Калюца и др.), попытка эта не увенчалась успехом. Сам творец теории относительности Л. Эйнштейн, до конца жизни (1955 г.) работавший над построением объединенной геом^тризиро-ванной картины материи, не смог достичь успеха в этом. Сыграло роковую роль и то пренебрежение, с которым знаменитый физик относился, как это ни странно, к бурно расцветавшим разделам современной физики. Он, например, совершенно не обращал внимания на квантовый («прерывистый») характер поля и на многообразие элементарных частиц, из которых состоит материя.

С середины двадцатых — начала тридцатых годов нашего века главное внимание физиков было устремлено на построение квантовой теории атома и овладение атомным ядром. Поток работ по поискам какой-либо единой теории поля постепенно почти иссяк. Отчасти это можно было объяснить тем, что вплоть до самого недавнего времени физики занимались, так сказать, дальнейшим «дроблением» вещества, открывая новые частицы, и не ощущали практической нужды в какой-либо универсальной единой материи. Ее отсутствие не мешало им весьма успешно исследовать ядра, открывать новые элементарные частицы и выяснять их свойства.

Так постепенно выкристаллизовалась четвертая картина мира. Ее можно было бы назвать атомной, или, если угодно, «элементарной», поскольку в ее основе лежат элементарные частицы, играющие ныне роль атомов, как обладающие массой покоя, — электроны, протоны, нейтроны, мезоны, гипероны и их античастицы, так и не обладающие массой покоя,— фотоны, нейтрино, гравитоны (то есть не открытые пока частицы (кванты) гравитационных полей). Сочетания этих частиц образуют атомные ядра, атомы, молекулы, все макроскопически наблюдаемые твердые и жидкие тела, планеты, звезды и т. д.

Самую существенную роль при этом играют характерные взаимные превращения частиц: например, нейтрона в протон, электрон, антинейтрино, одних мезонов в другие и т. д.

В известном нам участке вселенной с радиусом примерно 10²⁷ см, или около 10 млрд. световых лет, за промежуток времени от 5 до 10 млрд. лет наблюдается преимущественная концентрация определенных видов частиц: протонов,

нейтронов, электронов и т. д. Антипротонов, антинейтронов, позитронов н тому подобных античастиц (а следовательно, и антиатомов) в нашем участке вселенной весьма мало. Образуются подобные античастицы каждый раз в результате столкновения частиц высокой энергии или при распаде атомных ядер и других элементарных частиц.

При столкновении с обычными частицами античастицы совместно аннигилируют и превращаются в другие частицы: например, электрон и позитрон дают фотоны; протоны и антипротоны — мезоны.

Кроме того, в нашем участке вселенной имеется преимуще- лУ^о7*А ственная концентрация элект-ронов, протонов и других частиц, обладающих определен- ^Х ной «спнральностью», то есть, ХГ^

наглядно говоря, закручен-

ностью, направлением собствен- __~

ного крутящего момента час- ^ f тицы — «спина» — относи-тельно импульса (см. «Техни-ку—молодежи» № 1 за 1958 г.). /^W

Не исключено, что имеются A другие участки вселенной — «антимиры» — с преимущественной концентрацией антипротонов, позитронов, антинейтронов или частиц другого знака «спирально-сти».

Обилие элементарных частиц, которых известно в настоящее время уже около тридцати, привело к необходимости объединения их в семейства. Сейчас принято разделять частицы по группам (Гелл-Маин и Нишнджима): легких (электроны, нейтрино н их античастицы), средних (мезоны), тяжелых (протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны), сверхтяжелых частиц (гипероны). Подобная естественная классификация оказалась очень удачной и позволила выяснить многие свойства частиц и их превращения и предсказать новые частицы.

Несмотря на огромные успехи в понимании различных элементарных частиц, представляется весьма неудовлетворительным отсутствие у них какой-то общей базы. Крайне невероятно» чтобы •се частицы, связанные взаимными превращениями, не имели в своей основе чего-то общего.

Отсюда закономерным образом вез» никла заманчивая идея попытаться все вообще элементарные частицы и поля свести к разновидностям каиоге-то од» ного основного «мирового» поля ил* какой-то основной «праматерии».

Каи видите, все пути, fan сказать, снова вели в Рим: все а конечном счете устремлялись снова и универсальной, единой картине мира.

Итак, физики вписали четыре большие главы (механическая, электромагнитная, геометризованная, атомная кар» тины мира) в историю поисков единого описания вещества. Каждая последующая глава была полнее, глубже предыдущей.

30