Техника - молодёжи 1964-02, страница 27

троны и фотоны представлялись физику-теоретику и физику-экспериментатору основными «кирпичами», из которых построена вся вселенная.

Однако мир «элементарных» частиц оказался куда более многоликим. Позитроны, антипротоны, антинейтроны, целый каскад мезонов...

Какова взаимосвязь между всеми этими частицами! Сколько их существует и почему они такие! Каковы законы, управляющие их взаимными превращениями!

32 ныне известные частицы поставили перед современной наукой задачу огромной важности: создать новую теорию материи или, во всяком случае, радикально изменить и дополнить старую. Нужны новые физические идеи. Нужен новый «язык», на котором можно было бы рассказать о сложной и таинственной жизни на уровне бесконечно малых квантов материи.

Вот что по этому поводу думают выдающиеся советские и иностранные ученые.

ЧЕТВЕРО УЧЕНЫХ О СТРУКТУРЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И ЭВОЛЮЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ.

СЧЕРПАЕМЫ!

Электрон — «облако вероятности»

Если следовать современной теории, то нуклон «состоит» не только из л-мезонов, но и из пар нуклонов и антинуклонов (N и N); электрон в своем «составе» также содержит электрон-позитронные пары и даже нуклон-антинуклонные; мезон «состоит» из трех мезонов и т. п. Возникает совершенно неизвестная ранее для атомизма ситуация.

Действительно, мы привыкли к тому, что, например, молекула воды состоит из атомов водорода и кислорода, атомы состоят из электронов и ядер, ядра—из нуклонов... Во всяком случае, мы привыкли считать, что часть меньше целого: но разве пара позитрон — электрон, входящая в состав электрона, меньше erofl

Если следовать современной • теории, то оказывается, что частицы состоят друг из друга и большее может заключаться в меньшем.

Однако следует иметь в виду, что слово «состоит» мы употребляем теперь совсем не в том статическом смысле, как его употребляли в классической атомной физике*. Употребляя это слово, мы хотим лишь подчеркнуть, что при взаимодействии некоторой частицы, например нуклона, с другой частицей — скажем, с фотоном — неизбежно в качестве промежуточных агентов будут участвовать и другие частицы: мезоны, нуклоны, антинуклоны и т. д., временно возникающие в процессе этого взаимодействия.

Таким образом, современное представление о структуре элементарных частиц является динамическим.

Именно это обстоятельство и избавляет нас от тех затруднений, которые были характерны для старых представлений о частице как о некотором неизменном объекте вроде твердого заряженного шарика.

Было бы, однако, слишком оптимистичным думать, что этот новый подход к структуре элементарных частиц решает проблему создания последовательной теории микромира. Сейчас уже ясно, что, опираясь на современную физическую теорию, мы можем изучать лишь самые внешние области

в строении частиц. Трудность заключается в том, что современный физик не имеет другого языка, кроме языка частиц, и похоже, что этот язык плохо подходит для описания процессов, происходящих внутри элементарных частиц, в самых их глубинах.

Однако современная теория, несмотря на все ее недостатки, очень хорошо сцементирована и нельзя отбросить одну из ее частей без того, чтобы не разрушить и остальное.

В свете этих соображений попытки построить сложные модели частиц, когда одни частицы предстают как сложные системы, состоящие из других, более «элементарных» частиц, и при этом допускают огромные масс-дефекты, следует признать совершенно несостоятельными.

Поэтому есть все основания думать, что парадоксальность структурных схем частиц проистекает оттого, что мы пользуемся языком частиц в той области, где масс-дефекты огромны и где на самом деле понятие частиц уже несостоятельно или, во всяком случае, очень приближенно.

Эти схемы, быть может, аналогичны боровским орбитам в атомах, которые лишь в очень грубых чертах отражали квантовые явления в атомах. Полностью разобраться в механике атома удалось лишь после того, как понятие орбит было заменено понятием волн.

Современная квантовая теория является «слесарным инструментом»; не имея другого, мы пытаемся оперировать им в деликатном часовом механизме элементарных частиц

Приходится восхищаться остроумием и упорством физиков, которые и с этим грубым инструментом продолжают извлекать все новые и новые сведения об элементарных частицах и их структуре.

Однако все же ясно, что нам нужны новые физические понятия и, соответственно, новый язык, более адекватный внутренней природе частиц, нежели тот, которым мы сейчас располагаем. Как бы ни казался сложным и многообразным мир микрочастиц, может быть, нам все же не хватает всего только двух-трех слов, чтобы выразить физическую идею, необходимую для полного понимания явлений микромира.

Нам ясно, что эти слова должны быть не менее революционны, чем те, которые привели к созданию квантовой теории или теории относительности-

используем эти законы для получения результатов, связанных с наблюдениями, мы должны добавить к этой симметрии еще трехмерные сечения четырехмерного мира, которые описывают наше восприятие мира в данный мо мент.

Эйнштейн внес и другой важный вклад в развитие физической теории он разработал общую теорию относительности, в которой учитывается искривление пространства Общая теория относительности требует, чтобы все законы физики были сформулированы для искривленного четырехмерного пространства и чтобы они обладали симметрией в четырех измерениях. Но если четырехмерное пространство искривлено, то

и любое его сечение также должно быть искривлено! Таким образом, мы должны брать искривленные трехмерные сечения искривленного 'четырехмер ного пространства и обсуждать результаты наблюдения физических явлений в этих сечениях

В последние годы ученые пытаются применить положения квантовой теории к гравитации и другим физическим явлениям, что привело к довольно неожиданным результатам Эти результа ты дали мне повод усомниться в необходимости требования четырехмерности в физике Получается, что четырехмер ная симметрия не имеет такого всеобъемлющего значения, тем более что при отказе от требования четырехмерной

симметрии иногда гораздо проще описывать явления природы

Термин «квант» был введен в физику после того, как Планк выдвинул гипотезу, что энергия электромагнитных волн может принимать только те значения, которые кратны некоторой величине, зависящей от частоты волн. Эйнштейн пришел к той же самой единице энергии при изучении фотоэлектрического эффекта

Первым новым представлением в области квантовой теории была модель атома, предложенная Бором Согласно этой модели электроны вращаются вокруг ядра по закрепленным орбитам, иногда делая скачок с одной орбиты на другую.

23