Юрий Чирков - Охота за кварками

Поэтому-то разделение кварков требует колоссальных энергетических затрат. Полагают, этой энергии было бы достаточно, чтобы поднять автора этих строк на 20 метров над поверхностью Земли!

Но, даже затратив этакую махину энергии, цели (уединенный кварк) мы все равно не добьемся. Задолго до того, как такой энергетический уровень будет достигнут, начнут действовать другие процессы. И энергия, вкладываемая на отделение кварка, материализуется в пару: кварк — антикварк. При этом новый кварк заменил бы тот, который мы пытались выудить, скажем, из протона, и восстановил бы протон в прежнем состоянии. А новый антикварк «прилип» бы к удаляемому кварку, образовав мезон. И в результате все будет выглядеть так, будто кварк так и остался на месте и как бы «из ничего» родился бесцветный (условия игры соблюдены!) мезон. (Все это похоже на то, как если бы мы попытались получить лист бумаги, имеющий только одну сторону! Или еще на то, что мы силимся оторвать от магнита один из его полюсов. Многие из нас еще в школе хотели сделать ото и убеждались в тщетности своих усилий: всякий раз получаются два магнита и оба с двумя полюсами.)

Вот она, шапка-невидимка для кварков! Похоже, эти частицы сидят в особом квантовом мешке и никак не могут оттуда выбраться.

Слово «мешок» (еще один образ) не произвол автора, а вполне рабочее понятие у тех, кто колдует с формулами квантовой хромодинамики в руках. (Говорят также еще о «вечном заключении», «инфракрасном рабстве»…)

Из-за математических трудностей точные расчеты физикам-теоретикам пока недоступны, но они не унывают: строят качественные модели удержания кварков в адронах, создают модели «мешков», или «кварковых мешков».

Физики, которые их разрабатывают, получили даже шутливое прозвище «мешочники».

Сейчас существует модель «дубненского мешка» (советские физики-теоретики из города Дубны были в этом деле первыми), «мешка Массачусетского технологического института» (США), хорошо известен «будапештский мешок». Есть, конечно, «мешочники» и в других странах…

Говорят, природа — открытая книга. Как бы не так!

Теперь мы знаем: некоторые страницы в ней как бы склеены (глюоны), так что прочесть их (кварки), возможно, никогда не удастся. Нет, содержание текста мы непременно узнаем, нельзя будет лишь самолично пробежать строчки глазами, оценив каллиграфическое (или типографское, если хотите!) мастерство природы.

Наука об элементарных частицах переживает пору своей юности. Никому не дано знать, что принесет она в будущем. Но, быть может, именно в этом главная притягательная сила, заставляющая нас быстро листать в книге природы страницу за страницей.

И, начав, человек уже не сможет оторваться от этого захватывающего чтения!

8

Слон в кастрюле

…а другой доказывал, что внутри земного шара имеется другой шар, значительно больше наружного. В сумасшедшем доме каждый мог говорить все, что взбредет ему в голову, словно в парламенте.

Существует старинная легенда о воинах, павших в сражениях минувших времен. Они пробуждаются к жизни, чтобы в ночной тишине продолжать нерешенную битву.

Так и идеи философии. Казалось бы, поверженные, перечеркнутые, списанные, давно сданные в архив, бьются они между собой, и борьба эта не утихает. Что есть мир?

Как он устроен? Какова его структура? Где у него начало, где конец?..

В конечном итоге ответы на многие вопросы должна дать физика. Начинаем рассказ о новейших находках ученых, указывающих для философов новые пути.

Игра в матрешки

Л. Эйлер, знаменитый математик (родился и учился в Швейцарии, но 31 год проработал в Петербургской академии наук, хорошо знал русский язык, что облегчало ему возможность бесед с М. Ломоносовым, которого Л. Эйлер очень ценил; прах Л. Эйлера находится в Ленинградском некрополе), в «Письме к немецкой принцессе» (племяннице Фридриха II), где он ясно и доступно изложил проблемы современного ему естествознания, в частности, писал: «Когда в собраниях разговаривают о филозофических материях, то по большей части о таких, кои повод дали к великим распрям между филозофами.

Делимость тел есть такая статья, и мнения ученых об оной суть между собой различны. Иные утверждают, что тела делиться могут бесконечно, так, что никогда нельзя дойти до столь малых частиц, которых бы далее делить невозможно. Другие, напротив того, утверждают, что сие деление простирается только до некоторого предела и что, наконец, должно дойти до столь малых частиц, что, не имея никакой величины, далее делимы быть не могут. Сии последние частицы, тела составляющие, называются монадами…»

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.