Тайны пространства и времени

Но в то же время без гипотезы кварков было бы очень трудно объяснить многие свойства элементарных частиц.

Автор: Каков же выход из сложившейся ситуации?

Манько: Несмотря ни на что, гипотеза кварков продолжает развиваться. В частности, не так давно теоретики пришли к выводу о существовании еще одного – четвертого кварка, который должен характеризоваться и особым, так называемым квантовым числом, получившим название «очарования» или «чарма».

Автор: У физиков явная склонность к поэтическим названиям… Но если есть четвертый кварк, то, видимо, должны существовать и частицы, в состав которых он входит?

Манько: Именно одна из таких частиц – джей-пси-мезон и была открыта в ноябре 1974 года американскими физиками С. Тингом и Б. Рихтером. Есть предположение, что джей-пси-мезон представляет собой своеобразную атомоподобную систему, которая состоит как раз из упомянутого мной четвертого кварка и его антикварка. Кстати, эту систему назвали «чармонием». Обнаружены и некоторые другие пси-частицы той же природы.

Автор: Насколько я понимаю, открытие новых частиц является немаловажным косвенным свидетельством в пользу гипотезы кварков. Но в таком случае вновь возникает все тот же вопрос: почему эти объекты не удастся обнаружить на опыте?

Манько: Есть любопытная идея – так называемого удержания кварков. Речь идет о том, что, быть может, вообще в природе существуют частицы (в том числе и кварки), которые в принципе невозможно оторвать друг от друга и выделить в чистом виде.

Автор: И какое же теоретическое объяснение можно дать подобному феномену?

Манько: Предложено, например, такое объяснение. Возможно, что силы, связывающие между собой два кварка, имеют не электромагнитную, а какую-то иную природу. Не исключено, что по своему характеру они напоминают бесконечно узкую, упругую, как бы «резиновую» трубку. Такая упругая трубчатая связь не позволяет оторвать один кварк от другого – «растягиваясь» при внешнем воздействии, она затем сокращается и возвращает кварк на место.

Таким образом, не исключена возможность, что кварки представляют собой особый тип образований, которые могут существовать только в совокупности и которые принципиально невозможно разделить.

Автор: Итак, гипотеза кварков получила новый мощный импульс. Каковы же ее дальнейшие перспективы?

Манько: Не исключено, что дальнейшее развитие физики элементарных частиц покажет, что помимо четырех кварков, фигурирующих в настоящее время, существуют еще и другие, более тяжелые. Видимо, ответ на этот вопрос будет получен уже в самое ближайшее время…

К секретам мироздания

(беседа с доктором физико-математических наук И.Д. Новиковым)

Автор: Каковы, на ваш взгляд, отличительные особенности астрономии как одной из наук о природе?

Новиков: Астрономия, точнее объект ее исследования – Вселенная является самой большой в мире физической лабораторией. Физики работают в земных условиях. Астрономы – выходят за эти рамки. Поэтому перед ними открывается реальная перспектива, создаются особенно благоприятные возможности для познания наиболее глубоких, фундаментальных законов природы. Хотя, если говорить о лаборатории Вселенной совершенно строго, то, в отличие от лабораторий земных, непосредственные эксперименты в ней только начинаются.

На мой взгляд, одной из главных отличительных особенностей астрономии является своеобразное соотношение между теорией и практикой. В физике теория дает активные предсказания типа: «сделай так-то – получится то-то». В астрономии же теоретические модели строятся в основном на базе не экспериментальных, а наблюдательных фактов. И здесь теория выдает предсказания типа: «посмотри – и увидишь».

Так, например, теория атомных реакций в физике дает значение критической массы урана, – если создать массу этого элемента, большую критической, – пойдет цепная реакция. В данном случае справедливость вывода теории может быть непосредственно проверена на практике.

Из астрофизической теории, в свою очередь, могут быть выведены, скажем, критические условия для некоторой массы вещества, при которых должен начаться ее гравитационный коллапс и произойдет образование черной дыры. Но, в отличие от физиков, астрономы лишены возможности проверить этот вывод путем эксперимента – изготовить черную дыру искусственным путем нельзя. Проверка может быть осуществлена только с помощью наблюдений, – надо искать объекты такого типа во Вселенной. Астрофизическая теория может выдавать и такие результаты, которые в настоящее время вообще невозможно проверить наблюдениями. В этом – характерная особенность теоретических моделей в астрофизике…

История развития астрономических знаний может служить прекрасным пособием для понимания диалектики научного познания. Если глубоко вдуматься в содержание сменявших друг друга учений о мире, то мы в каждом из них обнаружим нечто непреходящее, определенный элемент, так сказать, «зерно» абсолютной истины. Надо только понимать, что хотя все эти учения претендовали на описание мира в целом, в действительности, каждое из них фактически относилось лишь к ограниченной области Вселенной, границы которой при переходе от одного учения к другому постепенно расширялись. Так, система мира Аристотеля – Птолемея верно отразила некоторые особенности строения Земли как небесного тела: то, что Земля – шар, что все тяготеет к ее центру… Таким образом, это было фактически учение о Земле. Система мира Коперника фактически описывала строение Солнечной системы, а система мира Гершеля – строение нашей Галактики.

Астрономия поучительна еще и тем, что эта наука особенно наглядно и убедительно демонстрирует неправомерность и бесперспективность каких бы то ни было догматических представлений о Вселенной. Можно напомнить хотя бы один из наиболее ярких и свежих примеров. Еще в начале XX века считалось, что мир стабилен и в среднем стационарен, что во Вселенной совершается вечный круговорот. Однако оказалось, что все не так – Вселенная нестационарна, она расширяется, на разных уровнях в ней происходят взрывные процессы.

Автор: Каким вам представляется будущее астрономической науки?

Новиков: Астрономия во всех аспектах все более тесно будет сплетаться с физикой. В частности, физика должна обеспечить астрономам новую более мощную технику наблюдений. Уже ведутся наблюдения с борта космических аппаратов в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах электромагнитных волн. А в самом недалеком будущем на космические орбиты выйдут и радиотехнические средства изучения Вселенной. Космические радиотелескопы позволят измерять углы с точностью в миллиардные доли угловой секунды. Это значит, что появится возможность точно измерять расстояния до объектов, расположенных у самых границ наблюдаемой Вселенной.