Главная Архивные документы Исследования КСЭ
Лирика
Вернуться
1950
1951
1957
1959
Г.Плеханов, Поиски продолжаются
Г.КЛЕФФЕ, Две загадки физики
А.КАЗАНЦЕВ, ПЛАНЕТА МИРА
Ю.КАНДЫБА, На поиски тунгусского метеорита
Каталог
ГАНС КЛЕФФЕ, Две загадки физики
Карта сайта Версия для печати
Тунгусский феномен » Лирика » Публикации » 1950-1959 » Г.КЛЕФФЕ, Две загадки физики

Гениальный создатель теории относи­тельности Альберт Эйнштейн еще не­сколько десятков лет тому назад заду­мался над загадкой природы, которая заключается в следующем: если поме­стить на одну чашу воображаемых весов все частицы, несущие положительный электрический заряд, а на другую ча­шу— все имеющиеся на земле частицы с отрицательным зарядом, то обнаружит­ся поразительная разница в весе этих двух чаш. Общий вес частиц с положи­тельным электрическим зарядом в 1 836 раз превышает вес частиц с отри­цательным зарядом, что противоречит за­кону абсолютного равновесия, существую­щему в природе. Эйнштейн занялся изу­чением неизвестного до той поры явле­ния: «Где скрываются недостающие ча­стицы с отрицательным зарядом?»

Эйнштейн не сумел объяснить это яв­ление. Уже после его смерти в ядерной физике были совершены сенсационные открытия, которые сделали эту проблему удивительно интересной. Мы должны за­ранее оговориться, что, несмотря на эти открытия, проблема все еще продолжает оставаться открытой, и, наверное, понадобится еще нема­ло времени, чтобы разрешить ее.

Кроме того, в физике существует еще одна проблема. 30 июня 1908 года часть огром­ного лесного массива, простирающегося в бассейне реки Подкаменной Тунгуски (в Сибири), неожиданно оказалась уничтоженной в ре­зультате исключительно сильного взрыва. 

Гигантские отблески зарева были видны в радиусе 600 километров, а грохот взрыва люди слышали на расстоянии до 1000 ки­лометров. По всей вероятности, на землю упал метеорит. Но этот метеорит сущест­венным образом отличался от всех дотоле известных метеоритов. На месте его па­дения не удалось обнаружить ни одного осколка. Отсюда вторая загадка: «Куда пропал Тунгусский метеорит?»

Но самое удивительное то, что две за­гадки, о которых мы рассказали, по-ви­димому, тесно связаны друг с другом и что одна из них представляет собой ключ к разгадке другой.

Тем, кто уже давно с нетерпением ждет ответа на вопрос, каким же обра­зом эти две тайны связаны друг с дру­гом, придется еще известное время по­дождать. Ибо прежде чем объяснить эти явления — в той мере, в какой это вооб­ще возможно в настоящее время, — не­обходимо рассмотреть целый ряд част­ных вопросов.

Что такое „элементарные частицы"?

Атомы, как явствует из самого их на­звания, — мельчайшие неделимые ча­стицы вещества. Однако это определение, доставшееся нам от древних греков, в настоящее время уже устарело, по­скольку установлено, что атомы можно разложить на еще более мелкие, так называемые элементарные частицы. Ато­мы образуются из трех видов стабильных (то есть относительно долговечных) эле­ментарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Первые два вида частиц образуют ядро атома, а последние — его оболочку. В ядре каждого атома содержится столько протонов, сколько электронов имеется на оболочке. Протоны и электроны имеют совершенно равные по величине заряды, с той лишь разницей, что у протонов заряд положительный, а у электронов отрицательный. Однако каждый протон приблизительно в 1 836 раз тяжелее электрона. Этим и объясняется та большая разница в весе между части­цами с положительным и отрицательным электрическим зарядом. Помимо этого, в ядре атома содержатся еще и нейтро­ны, которые как бы удерживают прото­ны. Они обладают примерно таким же весом, что и протоны, но не имеют элек­трического заряда.

До тех пор, пока эти три вида элемен­тарных частиц считались единственными, строение вселенной с точки зрения фи­зики представлялось очень простым. Но тем временем было открыто свыше 30 различных видов элементарных ча­стиц, в большинстве своем нестабильных (то есть недолговечных), которые на про­тяжении небольшого промежутка време­ни— самопроизвольно или в результате столкновения с другими частицами — пре­терпевают изменения. При определенных условиях из «обычного» атомного ядра можно извлечь не только его «обычные» компоненты — протоны и нейтроны,— но и сотни других, качественно отличных частиц.

Однако они еще не были достаточно изучены, когда в 1928 году английский физик Дирак обнаружил чрезвычайно ин­тересную категорию элементарных ча­стиц — так называемые античастицы. Прежде всего, само это открытие было сделано поразительным образом: Дирак пришел к нему не экспериментальным путем. Вывод о существовании таких ан­тичастиц он сделал в результате чисто теоретических умозаключений «за зеле­ным сукном» Дирак решил, что если оп­ределенные физические законы имеют всеобщее распространение, то у электро­нов должны существовать «антиподы» с такой же ничтожно малой массой, но не с отрицательным, а с положительным зарядом.

Через четыре года частицы, существо­вание которых предсказывал Дирак, были действительно открыты. Они были обна­ружены в космических лучах и названы позитронами. В 1934 году их удалось по лучить опытным путем в лаборатории. По­зитроны можно было бы назвать анти­электронами, поскольку фактически они представляют собой «антиподы» электро­нов. Здесь следует отметить еще одно интересное явление: при столкновении электрона и позитрона оба они превра­щаются в один из видов материи — элек­тромагнитное поле, а именно в гамма-лучи. После этого электроны и позитроны уже нельзя обнаружить в виде частиц. Но они не исчезают, а превращаются в электромагнитное поле, которое не­трудно обнаружить.

Они также встречаются парами!

Вслед за позитронами было открыто много других в высшей степени неста­бильных элементарных частиц, которые преобразуются в другие частицы за одну миллионную и даже одну десятимилли­ардную долю секунды. Одну категорию этих элементарных частиц назвали мезо­нами. Это название говорит о том, что они занимают промежуточное положение между легкими элементарными частица­ми, такими, например, как электроны и позитроны, и тяжелыми частицами, таки­ми, как протоны и нейтроны. Их масса в 207 — 966 раз больше массы электрона (а масса протона в 1 836 раз больше мас­сы электрона). У мезонов также суще­ствуют парные частицы, одна из которых, как и в паре электрон — позитрон, являет­ся античастицей. Есть положительные, отрицательные и нейтральные пи-мезоны, точно так же как положительные, отри­цательные и нейтральные мю- и тау-ме-зоны (названные буквами греческого алфавита для обозначения различных ви­дов мезонов). Партнеры в этой паре до­полняют друг друга не только своим электрическим зарядом, но и в других отношениях. Среди гиперонов, элемен­тарных частиц еще более тяжелых, чем протоны и нейтроны, известны гипероны «сигма» — одни с отрицательным зарядом, другие с положительным.

Развивая эту мысль дальше, легко «предположить», что у всех элементар­ных частиц имеются «антиподы» в виде античастиц. Исходя из этого, физики так- же предположили существование подоб­ных античастиц. Они продолжали свои исследования, пытаясь прежде всего об­наружить «антиподы» основных компонен­тов атомного ядра — протонов и нейтро­нов, имеющих такое большое значение для нашей вселенной. Но обнаружить ан­типротоны и антинейтроны в окружающей нас природе, по-видимому, не удастся. Ибо, как видно на примере позитрона (антиэлектрона) и электрона, столкнове­ние античастицы с соответствующей «обычной» частицей влечет за собой пол­ное превращение, сопровождающееся сильным излучением энергии. Таким об­разом, если бы на земном шаре и в ок­ружающем его районе космического про­странства и находились антипротоны и антинейтроны, го они не могли бы долго просуществовать, будучи не в состоянии избежать столкновения с бесчисленными «обычными» частицами. Но если антипро­тоны и антинейтроны действительно пред­ставляют одну из форм бытия материи, то, следовательно, их можно получить искусственным путем!

Цель— производство антивещества!

Сегодня мы уже можем констатировать, что производство антивещества возмож­но, хотя и является нелегким делом. Для этого требуется придать протонам гро­мадные энергии, а затем столкнуть их с атомными ядрами. После этого среди обломков разрушенных таким образом ядер, среди множества других элемен­тарных частиц можно обнаружить и пару частиц протон—антипротон. Производство таких антипротонов в Советском Союзе и США связано с постройкой гигантских ускорителей частиц, требующей милли­ардных расходов (см. «Молодежь мира» №7 за 1958 год). В 1955 году впервые удалось получить антипротоны. Это было достигнуто следующим образом: протоны с большой скоростью устремлялись к медной пластинке. В результате этого процесса от пластинки вместе с другими частицами отделялись и антипротоны. Ра­зумеется, «только вместе с другими», так как на 60 тысяч пи-мезонов приходилось всего 2 антипротона!

Размышления „криминалиста"

А теперь с проницательностью настоя­щего криминалиста попытаемся устано­вить взаимосвязь между этими достиже­ниями ядерной физики и нашими загад­ками. Будем размышлять так.

Если антипротоны, антинейтроны и по­зитроны (то есть антиэлектроны) пред­ставляют собой форму бытия материи, то, очевидно, могут существовать и ан­тиатомы, состоящие из антипротонов, ан­тинейтронов и антипозитронов, а не из «обычных» протонов, нейтронов и элек­тронов. А что, если в других областях космоса существуют звезды из антиато­мов? В этих мирах общая масса частиц с отрицательным электрическим зарядом в отличие от нашей Галактики будет в 1 836 раз тяжелее общей массы частиц с положительным электрическим зарядом! Так вот где кроется разгадка «проблемы Эйнштейна»; в этом случае общая масса космического вещества, помещенная на две чаши весов — на одну частицы с положительным, а на другую с отрицатель­ным электрическим зарядом, — будет уравновешиваться!

Представим себе, что кусок вещества из такого мира, построенного из анти­атомов, утром 30 июня 1908 года упал в районе Тунгуски; тогда мы могли бы подшить в наше «досье» и этот «загадоч­ный случай», так как нам теперь извест­но, что столкновение антивещества с «обычным» веществом приводит к взры­вам огромной мощности, сопровождаю­щимся большим выделением энергии. Для того чтобы вызвать разрушения, вы­званные Тунгусским метеоритом, доста­точно совсем маленького кусочка антивещества. В то же время подобный ме­теорит из антивещества мог бы служить доказательством существования в прош­лом или настоящем в других областях космоса звезд из антивещества.

Но это лишь теоретические рассужде­ния. Способна ли материя существовать в форме античастиц, это нам пока еще не известно. То, что эти античастицы мо­гут образовывать антиатомы, об этом мы также можем только предполагать. До­казать же существование звездных ми­ров, состоящих из антивещества, не представляется возможным — мы можем лишь считать это вероятным, но даже и это предположение нельзя считать достаточ­но правдоподобным, поскольку, согласно подсчетам, в окружающей нас природе на 10 миллионов атомов приходится всего лишь один антиатом. Однако эта теория, как и многие другие проблемы ядерной физики, до сих пор еще не разработана в достаточной степени, а посему она не может доказать прямо противоположно­го, а именно: невозможность существования миров из антиатомов. Фотографи­ческие пластинки, доставленные на раке­тах на очень большую высоту, зафикси­ровали следы, весьма напоминающие ядро природного антиатома кремния.

Таким образом, поставленная здесь про­блема еще не может быть решена. «Глаз» — спектроскоп, который обычно позволяет астрофизикам изучать строение отдаленных звезд с поразительной точ­ностью, — к сожалению, оказывается «незрячим», когда дело касается разницы между веществом и антивеществом. Если бы на других планетах и существовали люди из антивещества, то по своему об­разу мышления и поведению они ничем бы не отличались от обычных людей

Разница между веществом и антивеще­ством становится очевидной лишь при изучении элементарных частиц с помощью определенных физических способов. В то же время это свидетельствует о том, что антивещество вовсе не представляет собой нематериальной субстанции. Скорее всего оно отличается от вещества, зани­мающего господствующее положение в на­шей Галактике, лишь определенными фи­зическими свойствами своих частиц.

ГАНС КЛЕФФЕ

© Томский научный центр СО РАН
Государственный архив Томской области
Институт систем информатики СО РАН
грант РГНФ №05-03-12324в
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта | Паспорт