В старые времена много рассказывали об оборотнях, да и не только рассказывали, но и верили в них. В наши дни каждый знает, что подобные превращения сверхъестественны. Человек растет, меняется его внешность, но волком он не становится. С куском железа можно производить любые химические реакции, но оно все равно не превратится в золото. На основании повседневного опыта мы склоняемся к решению, что в природе не бывает предметов-оборотней. Но так ли это?
Были электрон и позитрон, и вот при аннигиляции их больше нет: есть только частицы света — фотоны. Были протон и антипротон, вдруг они превратились в мезоны и фотоны. Не напоминают ли такие превращения проделки оборотней? Элементарные частицы и в самом деле настоящие «оборотни» в природе. Основываясь на теории относительности, физикам удалось построить теорию, которая описывает превращения «частиц-оборотней». В этой теории нашли ответ многие интересные вопросы.
Рассмотрим, например, взаимодействие двух электрических зарядов. Почему разноименные заряды притягиваются? В школьных курсах физики говорится только, что такое притяжение существует, но почему это происходит, не поясняется.
Теория частиц-оборотней дает следующую картину. Электрический заряд излучает кванты электромагнитного поля — фотоны, которые распространяются со световой скоростью и, дойдя до другого заряда, поглощаются им. Происходит как бы игра в «мяч» между электрическими зарядами, причем перебрасываемыми «мячами» служат фотоны. Те фотоны, которые свободно движутся в пространстве, образуют окружающее заряды электромагнитное поле. Путем такой «игры в мяч» заряды действуют друг на друга: если фотонами обмениваются одноименные заряды, между ними возникают силы отталкивания, если же разноименные заряды,— силы притяжения.
Интересно, что электрические заряды не содержат фотонов. Фотон возникает только в момент излучения и, поглощаясь в другом заряде, снова полностью исчезает. В этом проявляется характер «фотона-оборотня».
Были электрон и позитрон, и вот при аннигиляции их больше нет: есть только частицы света — фотоны. Были протон и антипротон, вдруг они превратились в мезоны и фотоны. Не напоминают ли такие превращения проделки оборотней? Элементарные частицы и в самом деле настоящие «оборотни» в природе. Основываясь на теории относительности, физикам удалось построить теорию, которая описывает превращения «частиц-оборотней». В этой теории нашли ответ многие интересные вопросы.
Рассмотрим, например, взаимодействие двух электрических зарядов. Почему разноименные заряды притягиваются? В школьных курсах физики говорится только, что такое притяжение существует, но почему это происходит, не поясняется.
Теория частиц-оборотней дает следующую картину. Электрический заряд излучает кванты электромагнитного поля — фотоны, которые распространяются со световой скоростью и, дойдя до другого заряда, поглощаются им. Происходит как бы игра в «мяч» между электрическими зарядами, причем перебрасываемыми «мячами» служат фотоны. Те фотоны, которые свободно движутся в пространстве, образуют окружающее заряды электромагнитное поле. Путем такой «игры в мяч» заряды действуют друг на друга: если фотонами обмениваются одноименные заряды, между ними возникают силы отталкивания, если же разноименные заряды,— силы притяжения.
Интересно, что электрические заряды не содержат фотонов. Фотон возникает только в момент излучения и, поглощаясь в другом заряде, снова полностью исчезает. В этом проявляется характер «фотона-оборотня».
В старые времена много рассказывали об оборотнях, да и не только рассказывали, но и верили в них. В наши дни каждый знает, что подобные превращения сверхъестественны. Человек растет, меняется его внешность, но волком он не становится. С куском железа можно производить любые химические реакции, но оно все равно не превратится в золото. На основании повседневного опыта мы склоняемся к решению, что в природе не бывает предметов-оборотней. Но так ли это?
Были электрон и позитрон, и вот при аннигиляции их больше нет: есть только частицы света — фотоны. Были протон и антипротон, вдруг они превратились в мезоны и фотоны. Не напоминают ли такие превращения проделки оборотней? Элементарные частицы и в самом деле настоящие «оборотни» в природе. Основываясь на теории относительности, физикам удалось построить теорию, которая описывает превращения «частиц-оборотней». В этой теории нашли ответ многие интересные вопросы.
Рассмотрим, например, взаимодействие двух электрических зарядов. Почему разноименные заряды притягиваются? В школьных курсах физики говорится только, что такое притяжение существует, но почему это происходит, не поясняется.
Теория частиц-оборотней дает следующую картину. Электрический заряд излучает кванты электромагнитного поля — фотоны, которые распространяются со световой скоростью и, дойдя до другого заряда, поглощаются им. Происходит как бы игра в «мяч» между электрическими зарядами, причем перебрасываемыми «мячами» служат фотоны. Те фотоны, которые свободно движутся в пространстве, образуют окружающее заряды электромагнитное поле. Путем такой «игры в мяч» заряды действуют друг на друга: если фотонами обмениваются одноименные заряды, между ними возникают силы отталкивания, если же разноименные заряды,— силы притяжения.
Интересно, что электрические заряды не содержат фотонов. Фотон возникает только в момент излучения и, поглощаясь в другом заряде, снова полностью исчезает. В этом проявляется характер «фотона-оборотня».
Были электрон и позитрон, и вот при аннигиляции их больше нет: есть только частицы света — фотоны. Были протон и антипротон, вдруг они превратились в мезоны и фотоны. Не напоминают ли такие превращения проделки оборотней? Элементарные частицы и в самом деле настоящие «оборотни» в природе. Основываясь на теории относительности, физикам удалось построить теорию, которая описывает превращения «частиц-оборотней». В этой теории нашли ответ многие интересные вопросы.
Рассмотрим, например, взаимодействие двух электрических зарядов. Почему разноименные заряды притягиваются? В школьных курсах физики говорится только, что такое притяжение существует, но почему это происходит, не поясняется.
Теория частиц-оборотней дает следующую картину. Электрический заряд излучает кванты электромагнитного поля — фотоны, которые распространяются со световой скоростью и, дойдя до другого заряда, поглощаются им. Происходит как бы игра в «мяч» между электрическими зарядами, причем перебрасываемыми «мячами» служат фотоны. Те фотоны, которые свободно движутся в пространстве, образуют окружающее заряды электромагнитное поле. Путем такой «игры в мяч» заряды действуют друг на друга: если фотонами обмениваются одноименные заряды, между ними возникают силы отталкивания, если же разноименные заряды,— силы притяжения.
Интересно, что электрические заряды не содержат фотонов. Фотон возникает только в момент излучения и, поглощаясь в другом заряде, снова полностью исчезает. В этом проявляется характер «фотона-оборотня».
Таблица 9
Силы, возникающие при обмене фотонами и мезонами
1 ферми равняется 10-13 см.
Проблема ядерных сил оказалась одной из самых трудных задач для физиков: Колоссальной должна быть сила, объединяющая протоны и нейтроны в плотное ядро, настолько плотное, что «горстка» атомных ядер, если бы их удалось собрать, весила бы больше, чем весь флот земного шара. Влияние ядерных сил незаметно за пределами ядра. Как это объяснить? Протоны и нейтроны, находящиеся в ядре, также «играют в мяч», только их «мячи» — не фотоны, а мезоны. Вычисление показывает, что возникающие таким путем силы куда больше, чем электрические силы, но их влияние не распространяется далеко. В табл. 9 сравниваются силы электрического отталкивания между двумя протонами и силы притяжения, возникающие между двумя протонами вследствие обмена мезонами. При этом предполагается, что электромагнитное взаимодействие осуществляется с помощью фотонов, а неэлектромагнитное — посредством п-мезонов с массой покоя, равной 273 массам электрона.
Рис. 46. Зависимость сил, действующих между двумя протонами, от расстояния между ними.
Сплошная линия изображает электростатическую силу отталкивания, возникающую при обмене фотонами; пунктирная линия—силу притяжения, возникающую при обмене мезонами
Сплошная линия изображает электростатическую силу отталкивания, возникающую при обмене фотонами; пунктирная линия—силу притяжения, возникающую при обмене мезонами
Не только протоны, но и нейтроны обмениваются п-ме-зонами. Так в ядре возникают ядерные силы мезонного происхождения, связывающие одинаково сильно все нуклоны ядра.
Отличие мезонных сил от электромагнитных особенно наглядно показано на рис. 46. Здесь на горизонтальной оси отложено расстояние между двумя протонами, на вертикальной — величина сил взаимодействия между протонами в килограммах. На маленьких расстояниях силы мезонного притяжения много больше сил электрического отталкивания, при больших же расстояниях мезонные силы становятся практически равными нулю. Рис. 46 позволяет оценить размеры атомного ядра. Так как мезонные силы превышают электрические до расстояния примерно 7 ферми, то атомные ядра, удерживаемые ими? в устойчивом состоянии, не могут быть намного большими. Опыты показывают, что эта величина действительно очень близка к истинным размерам ядра.
Мезоны бывают положительные, отрицательные и нейтральные. Это обусловливает различные дополнительные явления в атомных ядрах. Например, протон, излучая положительно заряженный мезон, отдает мезону свои заряди сам превращается в нейтрон. А тот нейтрон, который поглотит положительный мезон, превращается в протон. Может случиться и иначе. Нейтрон может излучить отрицательно заряженный мезон и при этом приобрести положительный заряд (превращается в протон). Если какой-нибудь протон в свою очередь захватит этот отрицательныи мезон, то он утратит свои заряд и превратится в нейтрон. В ядре все время происходят превращения протонов в нейтроны и наоборот, но суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре остается неизменным. Эти выводы следуют из теории взаимных превращений ядерных частиц, основывающейся на теории относительности.
Теперь мы в своем рассказе дошли до границ, отделяющих известное от неизвестного. В теории происхождения ядерных сил еще много не выясненных вопросов. Перед ученым и здесь открывается безграничная область исследований. Чтобы распознать секреты частиц-оборотней, потребуется еще много работы, и можно надеяться, что некоторые из молодых читателей приложат здесь свои силы.
Согласно современным взглядам, частицы-оборотни возникают не только из других частиц, они могут появиться на чрезвычайно короткое время и в совершенно «пустом» пространстве. В пространстве, которое мы считаем совершенно пустым, т. е. в вакууме, фотоны возникают и сразу же исчезают. Здесь образуются также мгновенные электронно-позитронные пары. Может случиться даже так, что такая мгновенная электронно-позитронная пара аннигилирует и появится фотон, который сразу же исчезнет. Может
случиться и так, что мгновенный фотон будет порождать мгновенную электронно-позитронную пару. В микрообластях пустого пространства происходят удивительные процессы очень сложного характера. Эти процессы возможны потому, что даже «пустое» пространство не есть «ничто», а имеет определенные физические свойства.
На большие тела такие мгновенные частицы заметного влияния не оказывают. Другое дело, например, электрон. Если рядом с ним образуется пара, состоящая из электрона и позитрона, то они будут действовать на электрон. Может случиться, что мгновенный позитрон будет аннигилировать с первоначальным электроном, причем останется электрон, образовавшийся из вакуума. Но так как один электрон ничем не отличается от другого, то непосредственно мы такой подмены не заметим, однако косвенно это можно выявить.
Все происходящие в вакууме процессы оказывают на электрон воздействие, которое можно измерить. И что самое интересное — предсказанное теоретически влияние совпадает с результатами измерения. Эксперимент и теория находятся в хорошем согласии, но все же теоретики не вполне довольны. Дело в том, что теория, объясняющая действие «вакуумных процессов» на электрон, не находится в достаточно хорошем согласии с теорией относительности. И здесь проявляется незыблемая вера физиков в теорию относительности: исправить пытаются не теорию относительности, а теорию, объясняющую влияние вакуума на электрон. В значительной мере это уже удалось сделать.
Отличие мезонных сил от электромагнитных особенно наглядно показано на рис. 46. Здесь на горизонтальной оси отложено расстояние между двумя протонами, на вертикальной — величина сил взаимодействия между протонами в килограммах. На маленьких расстояниях силы мезонного притяжения много больше сил электрического отталкивания, при больших же расстояниях мезонные силы становятся практически равными нулю. Рис. 46 позволяет оценить размеры атомного ядра. Так как мезонные силы превышают электрические до расстояния примерно 7 ферми, то атомные ядра, удерживаемые ими? в устойчивом состоянии, не могут быть намного большими. Опыты показывают, что эта величина действительно очень близка к истинным размерам ядра.
Мезоны бывают положительные, отрицательные и нейтральные. Это обусловливает различные дополнительные явления в атомных ядрах. Например, протон, излучая положительно заряженный мезон, отдает мезону свои заряди сам превращается в нейтрон. А тот нейтрон, который поглотит положительный мезон, превращается в протон. Может случиться и иначе. Нейтрон может излучить отрицательно заряженный мезон и при этом приобрести положительный заряд (превращается в протон). Если какой-нибудь протон в свою очередь захватит этот отрицательныи мезон, то он утратит свои заряд и превратится в нейтрон. В ядре все время происходят превращения протонов в нейтроны и наоборот, но суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре остается неизменным. Эти выводы следуют из теории взаимных превращений ядерных частиц, основывающейся на теории относительности.
Теперь мы в своем рассказе дошли до границ, отделяющих известное от неизвестного. В теории происхождения ядерных сил еще много не выясненных вопросов. Перед ученым и здесь открывается безграничная область исследований. Чтобы распознать секреты частиц-оборотней, потребуется еще много работы, и можно надеяться, что некоторые из молодых читателей приложат здесь свои силы.
Согласно современным взглядам, частицы-оборотни возникают не только из других частиц, они могут появиться на чрезвычайно короткое время и в совершенно «пустом» пространстве. В пространстве, которое мы считаем совершенно пустым, т. е. в вакууме, фотоны возникают и сразу же исчезают. Здесь образуются также мгновенные электронно-позитронные пары. Может случиться даже так, что такая мгновенная электронно-позитронная пара аннигилирует и появится фотон, который сразу же исчезнет. Может
случиться и так, что мгновенный фотон будет порождать мгновенную электронно-позитронную пару. В микрообластях пустого пространства происходят удивительные процессы очень сложного характера. Эти процессы возможны потому, что даже «пустое» пространство не есть «ничто», а имеет определенные физические свойства.
На большие тела такие мгновенные частицы заметного влияния не оказывают. Другое дело, например, электрон. Если рядом с ним образуется пара, состоящая из электрона и позитрона, то они будут действовать на электрон. Может случиться, что мгновенный позитрон будет аннигилировать с первоначальным электроном, причем останется электрон, образовавшийся из вакуума. Но так как один электрон ничем не отличается от другого, то непосредственно мы такой подмены не заметим, однако косвенно это можно выявить.
Все происходящие в вакууме процессы оказывают на электрон воздействие, которое можно измерить. И что самое интересное — предсказанное теоретически влияние совпадает с результатами измерения. Эксперимент и теория находятся в хорошем согласии, но все же теоретики не вполне довольны. Дело в том, что теория, объясняющая действие «вакуумных процессов» на электрон, не находится в достаточно хорошем согласии с теорией относительности. И здесь проявляется незыблемая вера физиков в теорию относительности: исправить пытаются не теорию относительности, а теорию, объясняющую влияние вакуума на электрон. В значительной мере это уже удалось сделать.