Охота за кварками

Что там, за космическим, галактическим горизонтом?

Бесконечна ли Вселенная или ограничена? Если размеры ее конечны, то как их измерить?..

Эти и подобные им волнующие вопросы задавал себе каждый.

Неожиданный, парадоксальный, ошеломляющий ответ дает академик-секретарь отделения ядерной физики АН СССР М. Марков. Бесконечно большое, казалось бы, неизмеримое он предлагает охватить… бесконечно малым!

«Там та же мировая спесь»

В каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». Анаксагор утверждал это еще в V веке до нашей эры.

Трудно согласиться с подобными утверждениями, весь наш чувственный, житейский опыт противится. В жизни наш удел — малые скорости, ничтожно малые по сравнению со скоростью света, и массы веществ, в неизмеримое число раз превышающие массу атомов и исчезающе малые по сравнению с массами звезд.

Меру огромного дает нам космос. Даже невооруженным глазом человек может различить на всем (оба полушария) небе 6 тысяч звезд. Но это число начинает бешено расти, если наше несовершенное зрение усилить астрономическими трубами, оптическими телескопами, радиотелескопами.

Тут уж в одном лишь Млечном Пути человеку удалось бы различить, как показывают оценки, примерно 200 миллиардов звезд. А надо бы еще учесть, что галактик, подобных нашей, в космосе, утверждают астрономы, можно насчитать до 10 миллиардов!..

Звездные бездны страшили французского ученого и философа Б. Паскаля (1623–1662). Он много размышлял о месте человека («мыслящего тростника», как он его называл) в этом беспредельном мире. Б. Паскаль говорил:

«Что такое человек в природе? Ничто в сравнении с бесконечностью и все в сравнении с ничем. Это середина между ничем и всем…»

Да, для нас малое — это атом, а большое — «толщи» Вселенной. И по старинке мы упрямо строим большое из малого.

Пока эту идею исповедует большинство. И только отдельные люди — ученые, поэты, философы, мечтатели — восстают против очевидности.

В XVII веке мысли Анаксагора о вложенных мирах повторил немецкий философ и математик Г. Лейбниц (он вместе с И. Ньютоном, независимо, заложил основы дифференциального и интегрального исчислений). Он также считал, что в каждой, даже «наименьшей части материи существует целый мир созданий, живых существ, животных…».

Эти взгляды Г. Лейбница и других мыслителей — вскоре пришла эпоха микроскопов, потрясенные натуралисты увидели за линзами сложные структуры, целые неведомые миры! — ядовито высмеял в стихах Д. Свифт.

Он писал:

Натуралистами открыты У паразитов паразиты, И произвел переполох Тот факт, что блохи ость у блох. И обнаружил микроскоп. Что на клопе бывает кяоп, Питающийся паразитом, На нем другой, ad infinitum…

Но вопреки всем этим насмешкам многие биологи упрямо полагали, что яблочное семечко заключает в себе крошечную яблоню — целое дерево с плодами, внутри которых опять-таки находятся еще более крохотные яблоньки. И так до бесконечности.

Подобной игре воображения предавались и некоторые физики. И даже в не очень отдаленные времена, когда Н. Бор предложил планетарную модель атома.

Ход мысли его был таков: электроны — планеты атомной системы — населены чрезвычайно малыми живыми существами, которые возводят свои домики, обрабатывают почву и изучают свою атомную физику. И на каком-то этапе они обнаруживают, что и их атомы также являются маленькими планетными системами…

А в начале нашего века В. Брюсов в стихотворении «Мир электрона» (этот маленький шедевр датирован 13 августа 1922 года) писал — смотри эпиграф к этой главе — про электроны, где скрыты целые вселенные и живут существа, подобные нам. Вот продолжение этого стихотворения:

Их меры малы, но все та же Их бесконечность, как и здесь; Там скорбь и страсть, как здесь, и даже Там та же мировая спесь. Их мудрецы, свой мир бескрайний Поставив центром бытия, Спешат проникнуть в искры тайны И умствуют как ныне я…

Как относиться к подобным представлениям? Объявить вздором, нелепицей? Давайте не будем торопиться с выводами. Ученые уже много раз показывали, как относительны понятия «большого» и «малого».

Эстафета великих открытий

В 1915 году была создана общая теория относительности.

Было показано, что геометрические свойства пространства реального мира существенным образом зависят от того, как распределена в нем материя. Другими словами, было установлено: окружающий нас мир, подобно изогнутому листу бумаги, обладает кривизной, и эта кривизна связана с гравитационным полем.

Простой пример. Мы привыкли, так учит в школе геометрия Эвклида, что сумма углов треугольника равна 180 градусам, или, если углы измерять в радианах, равна числу . Но это верно лишь для Эвклидовой геометрии.

В неэвклидовых — сумма углов треугольника может быть и больше (пространства с положительной кривизной) и меньше (пространства с отрицательной кривизной) числа .

По Эйнштейну, вид геометрии в конечном итоге определяет плотность вещества, распределение материи в пространстве. Если плотность достаточно велика, то, скажем, отношение длины окружности к диаметру перестает быть равным . Это отношение может даже стать равным нолю, а изучаемая система при этом превратится… в крохотную точку.

В 1922 году ленинградский математик А. Фридман, анализируя уравнения общей теории относительности, сделал сенсационное открытие. (Широта интересов А. Фридмана поразительна: он имел звание летчика — в 1914 году добровольцем ушел на фронт и получил за храбрость «Георгия», — занимался теорией бомбометания, метеорологией — в 1925 году с научной целью поднялся в аэростате на рекордную для того времени высоту 7400 метров… А. Фридман любил повторять слова Данте: «Вод, в которые я вступаю, еще не пересекал никто». Жаль, что этот так много обещавший ученый скончался так рано: в Крыму, куда он приехал отдыхать, он заразился брюшным тифом и умер в возрасте 37 лет.)