Юрий Чирков - Охота за кварками
В этих словах изложена проблема, над которой философы задумывались еще тысячи лет назад. Что будет, если дробить вещество все мельче и мельче?
Как мы уже говорили, Демокрит учил: все кончается атомами. Их нельзя дальше мельчить не только физически, но и математически.
Иную позицию занял Аристотель. По его мнению, субстанции должны допускать бесконечное, неограниченное деление.
Итак, два противоположных взгляда:
1. Иерархия форм материи безгранична.
2. Исследование этих форм заканчивается открытием первоматерии.
Рассуждения о делимости материи (Аристотель против Демокрита) в чем-то сродни известной игре с куклой-матрешкой. Многие авторы очень любят этот образ, часто им пользуются. Ведь матрешечный "атомизм" очень нагляден, понятен каждому и, что, может быть, главное, вроде бы неоспорим. Атомизм иного, нематрешечного рода, кажется, вообразить совершенно невозможно.
Итак, матрешка. Разнимаешь ее - внутри оказывается точное подобие, только поменьше ростом, а там еще более маленькая куколка...
Игра в матрешки - занятие крайне поучительное, но здесь, увы, всегда имеется последняя куколка. А в природе? Вот тут все уже не столь очевидно.
Для философа итог упражнений с матрешками не очень приятен. Конечный вывод горек и неутешителен:
мир вроде бы оказывается непознаваемым.
В самом деле, свойства первоматерии (последняя из "матрешек") должны быть ей предписаны. По определению, бессмысленно обсуждать здесь вопросы "отчего и почему". Tут начинается область иррационального, божественного.
"Мне представляется, - писал И. Ньютон (в последние годы он, как известно, занимался богословием, но точный ум быстро привел его к противоречию с догматами церкви, известно, что перед смертью И. Ньютон отказался о; причастия), - что бог с самого начала сотворил вещество в виде твердых, непроницаемых, подвижных частиц и что этим частицам он придал такие размеры, и такую форму, и такие другие свойства, и создал их в таких относительных количествах, как ему нужно было для этой цели, для которой он их сотворил..."
Кроме того, конечность числа "матрешек" в природе ведет к исчерпанию всех свойств мира. Как же тогда быть с провозглашенной диалектическим материализмом бесконечностью процесса познания?
Но не приносит удовлетворения и бесконечная череда матрешек. Ведь с формально математической точки зрения здесь отношение объема познанного к объему еще не разведанного всегда будет равно нулю! Мир оказывается принципиально непознаваемым.
Таким образом, логика философии матрешек завела нас в тупик. Трудно вообразить, что материя делима снова и снова и так до бесконечности. Еще труднее свыкнуться с другой крайностью - делимость вещества на каком-то этапе с необходимостью должна прерваться.
Дальше в лес - больше дров
Пока философы спорили, физики работали - дробили материю на все более мелкие части. Вещество - на молекулы, молекулы - на атомы, атомы - на ядра и электроны, ядра - на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы, которых набралось уже столько, что их стало даже трудно перечислить. Поэтому большую часть их собрали в груду и повесили на ней табличку: "Адроны".
И адроны стали дробить: сейчас физики усиленно пытаются разложить их на еще более элементарные кварки.
Правда, никто пока не может сказать, существуют ли кварки на самом деле, но ученым очень хочется, чтобы они существовали. И хотя ныне кварки единодушно признаются "истинными" кирпичиками, из которых сложено мироздание, но можно не сомневаться: если их когданибудь "поймают", то тут же попытаются разложить на...
Казалось бы, философия матрешек торжествует, веренице куколок не видно конца. Однако это лишь самое первое и, добавим, обманчивое впечатление. На деле же процесс дальнейшего "кваркования" движется со скрипом, буксует и вязнет. Природа вовсе не похожа на луковицу, составленную из однообразно повторяющихся оболочек.
Бесконечная шеренга выстроенных в ряд матрешек - эта картина соответствует тому, что немецкий философ Г. Гегель (1770-1831) некогда назвал "дурной бесконечностью": тут в каждой следующей кукле содержится другая, отличающаяся от предыдущей лишь размерами.
Так вот, в природе этого нет. В ней "дурная бесконечность" словно бы подправлена, искажена.
Сходя вниз по ступенькам микромира, мы встречаемся с такой характерной ситуацией: в области, на два-три порядка (в 100-1000 раз) меньшей, перед нами раскрывается, как правило, новый мир физических объектов и новых, до сих пор неизвестных нам закономерностей. Да, по размерам вроде бы новая матрешка. Но приглядитесь внимательней: узор росписи, форма, цвета - все стало совсем иным!
В областях с размерами 10^-5-10^-7 сантиметра исследователи проникли в мир кристаллов, атомов - возникла кинетическая теория материи.
Затем, перешагнув еще один-два порядка, человек открыл для себя царство атомных явлений, управляемых квантовой теорией. (Мы помним: эта девица со странностями, капризами!)
На расстояниях 10^-11 сантиметра ученых вновь подстерегает неожиданность: при этих энергиях стало возможным рождение светом электронно-позитронных пар, энергия на глазах превращалась в вещество! Эти явления уже описываются релятивистской квантовой теорией.
В пределах 10^-12 сантиметра (характерный размер ядер) возникла физика атомного ядра А с расстояний 10^-13-10^-14 сантиметра началась физика адронов - раскрылся мир так называемых "странных частиц".
Сейчас физики подбираются к масштабам порядка 10^-17 сантиметра. Тут должны показаться крепостные валы нового "государства" - Королевства Слабых Взаимодействий. Со своеобразными обычаями и порядками.
Сравнивать все эти метаморфозы материи, этот непрерывный переход количества в качество, эту цепь совершенно но похожих друг на друга областей со скучным строем матрешек уже довольно трудно. Но не в этом только дело. Оказывается, можно высказать и еще более глубокие антиматрешечные соображения.
Кит на воде, вода на ките
Строить большое из малого, тяжелое из легкого - вот правило, которым всегда руководствовались ученые и которое неизменно приносило успех. Этот взгляд на вещи подсказывает человеку здравый смысл, весь уже немалый опыт прошлого. Однако сейчас намечается глубокий кризис концепции слов "состоит из". Приведем простейший, видимо, пример.
Свободный нейтрон, мы помним. - частица нестабильная: вылетев из ядра, он распадается на протон, электрон и антинейтрино. Значит? Значит, как подсказывает логика, прогон входит составной частью в нейтрон.
Но, с другой стороны, при столкновении на ускорителях двух протонов появляется несколько элементарных частиц и среди них... нейтроны Значит? Что, неужели нейтрон является частью протона?..
Позвольте! Кто же из кого состоит? Кто больше, кто меньше? Где часть, где целое?.. Какая-то ядерная карусель получается!
Взаимная превращаемость микрочастиц, возможность рождения и уничтожения их - это все совершенно новые черты, отличающие современный атомизм от атомизма прошлого.
Все мы, будут в цирке, не раз наблюдали за жонглером.
Вот он бросает и ловит шарик. Сначала медленно, затем темп убыстряется. И наконец мелькание шарика воспринимается нами уже как целое облако летающих шариков.
Очень схожим образом, оказывается, ведут себя в ядре протоны и нейтроны. Например, довольно быстро испуская и поглощая обратно пи-мезоны, они создают вокруг себя мезонное облако.
При этом, "излучая" положительно заряженный пи-мезон, протон немедленно превращается в нейтрон. А нейтрон, в свою очередь, испустив отрицательный пи-мезон, становится протоном. Если же идет обмен нейтральными пи-мезонами, все остается прежним: протон - протоном, нейтрон - нейтроном.
Но это не последний цирковой трюк, который может демонстрировать природа. Гораздо более впечатляет другой ее номер.
В процессе взаимопревращений, идущих внутри частицы, в качестве ее составляющей может находиться точно такая же частица, как и она сама, или даже... несколько таких частиц!
В микромире можно наблюдать и такое: протон состоит из протона и пи-мезона, который почти не уступает ему в размерах. Пи-мезон, в свой черед, может состоять из трех таких же пи-мезонов...
Но ведь это противоречит всем нашим обычным представлениям! Это просто бессмыслица, абракадабра, дурной сон! Получается как в волшебной сказке: кит на воде, а вода на ките!
И все же это так. Привычные взгляды о простом и сложном, о целом и части в мире элементарных частиц оказываются совершенно непригодными. И прав был В. Гейзенберг, писавший: "Нашей задачей должно быть приспособление нашего мышления и нашего языка, то есть нашей научной философии, к новой ситуации, созданной данными эксперимента. К сожалению, эта задача чрезвычайно трудна. Неверно поставленные вопросы и неправильные наглядные представления автоматически
