ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 87
Скачиваний: 0
рождая целые ливни вторичных частиц — про дуктов ядериых реакций. До поверхности Зем ли доходит лишь незначительная часть пер вичных частиц. Вместе с вторичными частица ми они представляют незначительную, но обнаруживаемую приборами радиацию, кото рая носит название космического фона. Косми ческая радиация не представляет никакой опас ности для живых организмов. Более того, есть серьезные основания полагать, что потоки кос мических лучей служат «катализаторами» естественного отбора среди живых организ мов, так как они ответственны за значитель ную долю изменчивости биологических видов.
Таким образом, мы обнаруживаем, что элементарные частицы космических лучей ак тивно вмешиваются во многие процессы на Земле, подчас очень важные для жизненной деятельности человека. Поэтому, только хо рошо познав свойства элементарных частиц, можно серьезно говорить о решении таких су губо практических и неотложных проблем, как длительный прогноз погоды и климата, обеспечение надежной связи, обеспечение без опасности космонавтов и т. д.
Большие возможности и большие перспек тивы в использовании элементарных ча стиц открываются перед человеком в буду щем. Возьмем для примера хотя бы такие ча стицы, как нейтрино и антинейтрино. Они обладают удивительным свойством проникать сквозь огромные толщи вещества. Достаточно сказать, что они свободно преодолели бы рас стояние от Солнца до Земли, даже если бы
22
В глубоких шахтах под надежной естественной защитой от космических лучей работают приборы-ловушки всепроникающего нейтрино, несущего в себе тайны солнечных недр
оно сплошь было заполнено железом или еще каким-либо плотным веществом. Обладая та кими свойствами, антинейтрино, которые ро ждаются во множестве в глубинах звезд, мо гут многое рассказать о процессах, происхо дящих в центральных областях звезд, в том числе и Солнца. О том, что там происходит, в настоящее время можно лишь догадывать ся. Однако до сих пор серьезным препятстви ем является ничтожно малая эффективность регистрации потоков нейтрино и антинейтрино. Если в будущем будут созданы приборы, надежно регистрирующие нейтрино, появится возможность не только исследовать внутрен ность Солнца и звезд, но и получить ответ на вопрос, существуют ли в действительности
а н т и м и р ы .
Гипотеза о существовании антимира полу чила широкое распространение в связи с от крытием античастиц. Почти все свойства анти частиц точно такие же, как у обычных частиц. Они вступают в реакции аналогичного типа, принимают участие в тех же взаимодействиях. Поэтому можно предположить существование а н т и а т о м о в , которые обладают той же структурой и свойствами, что и обычные ато мы, только место электронов занимают в них позитроны, а ядро состоит не из протонов и нейтронов,а из антипротонов и антинейтронов. Химические свойства их одинаковы. Испуска емые антиатомами фотоны ничем не отлича ются от фотонов, испускаемых обычными атомами, и никакими способами нельзя уста новить их происхождение. Поэтому если даже и допустить, что где-то очень далеко и
24
существует антимир, то по световым сигналам, которые он посылает на нашу планету, обнару жить его не удастся.
В то же время антимиры, оставаясь по оп тическим и радиоастрономическим свойствам абсолютно похожими на обычные миры, будут посылать в пространство не антинейтринные потоки, а нейтринные. Как мы увидим даль ше, нейтрино по своим свойствам отличается от антинейтрино, в частности, тем, что оно не способно вызывать при встрече с ядрами ве щества реакции, которые характерны для ан тинейтрино. Это свойство позволит отличить нейтринные потоки от антинейтринных и уста новить, насколько правдоподобна гипотеза о существовании антимиров.
Однако познание и использование свойств элементарных частиц представляют интерес не только с точки зрения астрономических и космологических проблем. Огромные перспек тивы их использования намечаются и в энер гетике будущего.
Практическое использование энергии атом ных ядер стало уже для нас привычным фак том. Однако атомное ядро, богатейший источ ник энергии,— вещь еще далеко не познанная. Мы очень мало знаем о процессах, проте кающих внутри ядра, еще меньше о природе тех сил, которые связывают нейтроны и про тоны в единое целое. Наши представления о ядре — это грубые, далеко не совершенные модели. Вопрос о структуре, строении ядра ждет своего решения. Одной из центральных проблем сбвременной физики элементарных частиц является всестороннее изучение про-
цессов взаимодействия нейтронов и протонов, а следовательно, и разгадка тайны ядерных сил.
Разумеется, глубокое и всестороннее ис следование свойств элементарных частиц, при рода их взаимодействия самым тесным об разом связаны и с другим направлением энергетики будущего — осуществлением управ ляемых термоядерных реакций.
Но ядерная и даже термоядерная управ ляемые реакции высвобождают не более 1 % энергии, скрытой в веществе. В то же время, например, процессы взаимодействия элемен тарных частиц с античастицами, которые по лучили название а и и и г и л я ц и и, характер ны выделением почти всей скрытой энергии. В этих процессах полная энергия частиц, об условливающая их массу, почти целиком пре
вращается |
в кинетическую |
энергию |
образо |
|
вавшихся в |
результате |
аннигиляции |
частиц. |
|
Одно лишь |
сравнение |
этих |
величин |
говорит |
о том, какие неисчерпаемые возможности и грандиозные перспективы для энергетики та ит в себе овладение тайнами мира микроча стиц!
Говоря о значении учения об элементарных частицах как основы современных пред
ставлений о строении материи, нужно особо подчеркнуть исключительную роль этой обла сти физики в формировании правильного, под линно научного мировоззрения.
Вся история развития науки о явлениях микромира, об элементарных частицах не изменно сопровождалась обострением борь бы между материализмом и идеализмом. Эта
26
отрасль человеческого знания стала ареной ожесточенных схваток, пробным камнем для двух непримиримых, противостоящих друг дру гу мировоззрений. И там, где идеалистическая, механистическая философия терпела одну не удачу за другой, оказывалась совершенно бессильной, диалектический материализм как единственная правильная научная философ ская система, одерживая победу за победой, становился все более сильным и боеспособным.
Каждый, кто изучал основы марксистсколенинской философии, хорошо знает, что самые убедительные, самые наглядные иллю страции к основным положениям диалектиче ского материализма можно найти в мире мик рочастиц.
Единство и неисчерпаемость материально го мира, взаимопревращаемость форм движе ния и материи — эти, как и многие другие по ложения марксистской философии, нашли свое неопровержимое подтверждение в явле ниях микромира.
Современная физика элементарных частиц приносит все новые доказательства гениаль ной правоты и глубины знаменитого высказы вания В. И. Ленина о том, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом...»* Эти слова, ска занные Владимиром Ильичем еще в 1908 г., когда, по существу, единственной известной элементарной частицей был электрон, сегодня с полным основанием могут быть отнесены к каждому из представителей многочисленной семьи элементарных частиц. Вместе с тем
* В. И. Л е п и н. Соч., т. 14, стр. 249.
27
изменение наших представлений |
о строении |
и формах движения материи не |
опровергает |
существование объективной реальности внеш него мира. Новые открытия в физике эле ментарных частиц лишь все больше и больше подтверждают всеобъемлющий характер ле нинского определения материи как философ ской категории «для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущени ях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» *.
Огромное мировоззренческое значение со временного учения о строении материи, уче ния об элементарных частицах очевидно. Здесь решаются наиболее кардинальные, самые принципиальные вопросы, определяющие на ши представления, нашу систему взглядов на окружающий мир.
В этом одна из причин того, что физика элементарных частиц занимает особое место в современной науке, что ее успехи п неудачи волнуют всех.
* В. И. Л е н и н. Соч., т. 14, стр. 117.
СТАРЫ Е ПОНЯТИЯ МЕНЯЮТ СМЫСЛ
лементарные |
частицы... |
Сколько |
Эраз мы повторяем здесь |
это со |
|
четание двух обычных, каждому хорошо
знакомых и понятных слов! Ведь |
э д е |
ме н т а р н ы й означает простой. |
А что |
может быть элементарнее элементарно
го, проще простого. Да |
н |
второе |
сло |
в о — ч а с т и ц а — столь |
же |
нам |
при |
вычно. Сплошь и рядом мы говорим: частица песка, частица пыли и т. д., пони мая под этим маленькую крупицу како го-то материала, вещества. Поэтому на первый взгляд может показаться, что на вопрос о том, что такое элементарная частица, можно сразу в нескольких сло вах дать вполне исчерпывающий ответ.
Но...
Впрочем, не будем забегать вперед. Читателю придется на некоторое время вооружиться терпением. Напомним толь ко, что «элементарная частица» — это научный термин. А ведь искушенный чи татель хорошо знает, сколь легкомыслен но было бы целиком полагаться на свой житейский опыт и взятые из обыденной жизни представления при пользовании научной терминологией. Вспомним «клет ку» в биологии, «силу» или «момент» в ме ханике, «связь» в химии и т. д. Те слова, которыми мы свободно пользуемся в на шей речи, придавая им самый широкий и разнообразный по своему значению и оттенкам смысл, в науке приобретают вполне определенное, строго конкретное содержание, зачастую очень мало сход-
29
ное с нашими понятиями и представле ниями.
Последнее обстоятельство в очень сильной степени как раз и проявляется в нашем слу чае, когда мы пытаемся определить, что такое элементарная частица. Уж слишком необыч ны эти объекты. Положение значительно усу губляется еще и потому, что наши представ ления о них непрерывно и очень быстро изме няются. Те определения, которые еще вчера казались удовлетворительными, сегодня ста новятся уже недостаточными, негодными, а в отдельных случаях даже ошибочными. Мы имеем здесь характерный пример такого по нятия, которое, складываясь исторически, по стоянно обогащаясь все новым и новым содер жанием, пока еще не достигло той завершаю щей стадии, когда его можно было бы считать сформировавшимся. И самое удивительное состоит в том, что мы сегодня не в состоянии еще сказать, когда этот процесс будет завер шен и будет ли такой этап в развитии этой об ласти науки вообще.
Из всего сказанного становится очевидным, что любое определение элементарной частицы, которое может быть теперь дано, будет но сить заведомо относительный характер и лишь в той или иной мере отражать тот уровень знаний об этих микрообъектах, который соот ветствует данному историческому этапу еще далеко не завершенного процесса развития учения об элементарных частицах.
Конечно, это отнюдь не означает, что в принципе следует отказаться от попыток дать определение элементарной частицы. Физика
30
элементарных частиц в настоящее время вы делилась в самостоятельный раздел современ ной науки с вполне определенным предметом исследования. А это в свою очередь означает, что те объекты микромира, которые она изу чает, достаточно четко определены и понятие «элементарная частица» имеет уже вполне определенное содержание. Следовательно, по добно тому как существуют характерные при знаки, позволяющие, например, отделить жи вой мир от неживого, растения от животных, должны существовать специфические, прису щие только элементарным частицам качества и свойства, которые позволяют их выделить из всей остальной совокупности микрообъек тов.
Для того чтобы дать пусть даже неполное и не исчерпывающее, но соответствующее со
временному уровню знаний определение эле ментарной частицы, мы должны прежде всего уяснить себе, что мы понимаем под словом «элементарный» в применении к данному ти пу микрообъектов, что с нашей точки зрения следует считать критерием элементарности в микромире.
История развития учения о строении веще ства, берущая свое начало еще от умозритель ных идей Демокрита (V в. до н. э.), вплоть до начала XX в. фактически оперировала с не изменным критерием элементарности. Эле ментарными считались простейшие, недели мые, неизменные и бесструктурные крупицы материи. Все многообразие объектов окружа ющего мира определялось тем, что эти эле-
31
