Юрий Чирков - Охота за кварками
- Кто знает! - развел руками учитель. - Если мир похож не на шар, а на расходящийся конус, то здесь, очевидно, и наше знание, и его границы, очерчивающие область еще не изведанного, как и на плоскости, будут бесконечно расти. Истина? Вряд ли ее постигнут наши внуки, на это уйдут, возможно, долгие тысячи лет...
Подумать только! Еще древние греки ставили и обсуждали подобные проблемы. Бьются над ними философы и ученые и в наши дни. А через тысячелетия будет ли найдено решение?
Видимо, нет. Скорее всего вопрос этот - сколько у природы законов? принципиально неразрешим. Это вечная загадка. И через многие века люди (надеемся, они будут жить на земле или в космосе!) станут ломать над нею головы.
И эти сомнения, эти горячие споры, эта грызущая неудовлетворенность будут поднимать по утрам новые поколения исследователей, гнать их в дорогу, толкать на новые научные подвиги!
Выскажем еще одно соображение, почему и через тысячи лет та проблема, о которой говори гея в этой главе, вряд ли будет исчерпана. Дело в том, что скорее всего число фундаментальных законов непостоянно: более того, в нашс-й Вселенной оно растет пропорционально времени! Поясним эти слова...
Если говорить о живой материи, то ее развитие выглядит как непрерывная последовательность нарушений симметрии и, следовательно, возникновения все более сложных образований.
В первичном однородном океане нечто дифференцировалось в клетки (симметрия нарушилась!), затем новый скачок - из клетки возникли организмы... Расслоение популяции человекообразных обезьян привело к возникновению человека, языков, культуры, искусств, наук.
И этот процесс дальнейшего увеличения многообразия скорее всего не имеет конца.
Но каждая новая еще более сложная система управляется собственными закономерностями. И законы "верхних этажей" вовсе не сводятся к законам "этажей нижних".
Но, спрашивается, отчего сложность биологических систем прогрессирует? Почему эволюционная эстафета всегда движется от простого к сложному, а не наоборот?
Ответ уже имеется. Все дело в том, полагает эстонский академик Г. Наан (он много занимался проблемами философии и космологии), что сложное лучше приспосабливается к окружающей среде, чем более простое. Имеет больше шансов выжить в условиях многообразных, в том числе и разрушительных воздействий среды. Приспособление к среде, адаптация к ней - великий универсальный фактор эволюции в направлении все большего совершенства. Собственно, приспособленность ведь и есть мера совершенства.
Это если говорить о живом. Ну а неживая природа - мир звезд и атомов? Прослеживается ли и тут тенденция к усложнению? Растет ли и здесь со временем число законов?
Космологи дают на это положительный ответ. Подробности?
Они станут в известной мере темой следующей главы.
5
Гармония атомных сфер
Там - власть, там - творческие горны!
Пред волей числ мы все - рабы,
И солнца путь вершат, покорны
Немым речам их ворожбы.
Валерий Брюсов
Эверест - непальцы зовут этот горный массив Джомолунгмой - 8848 метров над уровнем моря, высочайший пик Земли. Но почему, собственно, высочайший? Отчего не могут быть - размеры планеты позволяют! - горы повыше, скажем, стокилометровой высоты? Что ограничивает их рост?..
Фантазия ума? Пустые мысли? Нет, вопрос вполне законный. И ответ уже известен. Его дала наука, способная обсуждать и гораздо более сложные проблемы.
Величайшего удивления достойны попытки человека ответить на коренные вопросы мироздания: отчего мы живем именно в трехмерном пространстве? Способно ли время течь вспять? Конечен наш мир или же бесконечен?.. До недавних пор подобное отваживались обсуждать лишь философы да писатели-фантасты. Однако наука развивается сейчас с такой головокружительной быстротой, ч го в эти давние споры начали вступать и ученые-естественники. И прежде всего физики.
Великолепная семерка
Древнегреческий математик и философ Пифагор (570- 500 гг. до и. э.) считал, что числа составляют сущность всех вещей и Вселенная наша представляет собой на деле гармоническую систему чисел и их отношений.
Последователи Пифагора - пифагорейцы (свой тайный союз они окружили страшной секретностью, желающих вступить в союз подвергали долгим и строгим испытаниям, только пятилетним молчанием абитуриент мог доказать свою способность к самоотречению) приписывали числам таинственные, сверхъестественные свойства. Согласно их учению из куба возникла земля, из пирамиды - огонь и так далее. Особое вниманио уделяли они чету и нечету: в единице усматривали даже нечто божественное. Наивно?
Но в какой-то мере наука ныне исповедует те же взгляды, пытаясь всю многоликость явлений свести к действию очень малого количества числовых факторов.
(Наука тем и отличается от мифологии, что говорит на языке математики, на языке формул, дающих пусть и упрощенную, но верную модель мира.)
Высота земных гор не превышает 9 километров. Почему? Да потому, что прочность камней у основания гор не выдерживает больших нагрузок. (Недаром каменная пирамида Эвереста в основании сложена из прочнейших пород докембрийских гнейсов и гранитов.) Но прочность определяют электрические силы сцепления атомов.
Так, в конечном итоге высота гор оказывается зависящей от соотношения между электричеством и гравитацией.
Земля отстоит от Солнца на 150 миллионов километров. Случайность? Вовсе нет. Именно здесь центробежная сила (вращение Земли вокруг Солнца) уравновешивается силой притяжения. Вот так ход планетам диктует постоянная тяготения, входящая в данный нам И. Ньютоном закон.
Не метры и дюймы, не килограммы и фунты (это единицы случайные, недаром когда-то в каждой стране существовала своя система мер, и даже миля американская отличалась от мили английской), а именно фундаментальные постоянные (это и постоянная тяготения %, и скорость света с, и постоянная Планка h, и многие другие коэффициенты, содержащиеся в основных физических законах) предопределяют видимую гармонию нашей Вселенной, именно они "заказывают" и музыку жизни.
Однако фундаментальных постоянных (или констант), так же как и всех физических законов, слишком много - несколько десятков. В этом многоголосии нелегко подслушать основные ритмы Вселенной, скрытую суть вещей. Поэтому физики в основу своих построений обычно кладут константы четырех основных взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного. Силы эти можно превратить в числа, если энергию каждого из взаимодействий поделить на энергию кванта света - фотона.
В последние годы оригинальные подходы в космологии предложил старший научный сотрудник Института космических исследований АН СССР доктор физико-математических наук И. Розенталь. Одна из его последних (препринт опубликован в 1982 году) статей носит броское и интригующее название "7 чисел, определяющих структуру Вселенной".
В эту семерку, кроме упомянутой выше четверки сил, московский ученый добавил еще две комбинации из масс протона и нейтрона, деленных на массу электрона (числа!): из этих трех частиц состоят все атомы. И венчает список фаворитов природы еще одно чпсло - размерность N физического пространства (мы "прописаны" в трехмерии, у нас N=3).
Вот она - великолепная семерка чисел, держащая якобы в своих браздах все тайные пптп мпра, все ключи от Прошлого. Настоящего и Будущего.
Конструирование вселенных
Жа;кда познания у ученых безгранична. Череда вопросов все растет, так как каждый ответ рождает десятки новых, еще более сложных. К примеру, в физике элементарных частиц давно уже есть некая проблема массы.
Чтобы войти в суть этой проблемы, напомним, что скорость света или, скажем, постоянная Планка потомуто и являются фундаментальными постоянными, что эталоны эти не созданы руками человека (как метр или секунда), а сотворены самой природой.
Замечательное свойство скорости света (говоря о ее величине, обычно имеют в виду скорость света в вакууме) в том, что она одна и та же для всех наблюдений.
Даже формально нельзя построить теории, в которой были бы постоянны две скорости, скажем, скорость света и скорость звука. (Скорость света одна-единственная, а скорость звука в сухом воздухе - 330 м/с, в пресной воде - 1430 м/с, в металлах она еще больше.)
И постоянная Планка только одна, общая для всех физических систем. Это стало понятным с открытием квантовой механики.
Но вот странность: природа позаботилась о том, чтобы дать миру эталон скорости и эталон действия (размерность h есть энергия, умноженная на время, эту странную на первый взгляд единицу ввел в 1900 году М. Планк), а вот эталона массы природа не сотворила.
Для массы масштаба нет!
Существует громадное множество элементарных частиц, и у каждой своя масса. Почему их так много? Никто этого не знает.
Заметим еще, что и масштабов расстояний, как и масштабов массы, природа предоставила человеку также в изобилии - выбирай любой!
