Квантовый возраст

В Москве есть замечательная группа молодых художников. У каждого из них своя манера письма, своя тема. Объединяет их плакат. Плакат — удивительное искусство, очень сложное, требующее от художника особого таланта. Плакат — это крик. А как изобразить крик, чтобы он брал за живое, а не раздражал? У этих художников есть плакат на тему «Природа и мы»: на холсте изображен тигр — только его голова — с прямым взглядом. Выписан каждый волосок, каждая деталь так, что трудно отличить картину от цветной фотографии. Внизу крупными плакатными буквами написано: В СТРАНЕ ОСТАЛОСЬ 24 ТИГРА.

Двадцать четыре тигра — это угрожающе мало. Двадцать четыре фундаментальных частицы — много. Такое большое число «кирпичиков», из которых должно быть сложено все живое и неживое, вызывает естественную тревогу: природа не может быть такой сложной. А что, если и эти 24 частицы обладают внутренней структурой и состоят из каких-то пречастиц, которых тоже окажется много и они тоже окажутся составными? Прямо как душа Кощея Бессмертного: на краю света белого есть море-океан, на море на океане есть остров, на том острове дуб стоит, под дубом сундук зарыт, в сундуке — заяц, в зайце — утка, в утке — яйцо, в яйце — желток, в желтке — душа Кощея Бессмертного. А в каком она виде, и сам Кощей не знает, знает только, что там его жизненная сила и, доберись до нее кто-нибудь, не станет Кощея.

И возникает вопрос: а может, нет этих самых «неделимых» частиц? Может быть, нет той самой одной, двух или трех частиц, из которых мы хотим все построить? Может быть, частиц много и они все «делимы»? Может быть, не частиц мало, а мало сил, которые действуют между различными составляющими материи? Все это и есть предел — теория, которая объединила бы все элементарные частицы со всеми силами, существующими в природе. И тогда можно было бы получить окончательный ответ на вопрос: из чего сделана материя: мы с вами, Земля и Вселенная. Ответ бы выглядел просто: в природе существует Одна Сила. Она одна и ответственна за все: за Солнечную систему; за то, что горят звезды; за то, что Вселенная расширяется так, что галактики разлетаются со страшными скоростями; за то, что подсолнух поворачивается за солнцем; за то, что идут химические реакции; за то, что после первого трудного года ребенок зачинает говорить.

Конечно, понятие «одна сила» — грубое и нереальное. Речь идет в действительности о поисках единой теории, которая могла бы описать все виды взаимодействий, существующие в природе, единой теории, из которой можно было бы получить правильные законы (совершенно различные) для различных процессов, будь то процессы, происходящие в мире элементарных частиц, или процессы в простых опытах школьной лаборатории.

Наиболее важной характеристикой различных процессов является энергия, при которой происходят те или иные процессы. Мы знаем, что в нормальном состоянии в большинстве своем вещества находятся в твердом состоянии. При нагревании твердого тела (т. е. при затрате определенной энергии) его можно расплавить. При затрате большей энергии жидкость можно довести до кипения и, таким образом, перевести вещество в газообразное состояние. В газе мы имеем дело с отдельными молекулами. Повышая дальше температуру (затрачивая больше энергии), можно разбить молекулы на атомы, ионизовать атомы — отделить от них электроны. Для того чтобы ионизовать, например, атом водорода, т. е. отнять у единственного протона его единственный электрон, требуется энергия 13,5 электронвольт (эВ). Соответствующая этой энергии температура порядка 150 000 градусов. При исследовании ядра и элементарных частиц энергии достигают очень больших величин, поэтому мы будем пользоваться гигаэлектронвольтами (1 ГэВ = 10⁹ эВ), в шкале температур это четырнадцатизначное число. В зависимости от того, с какими энергиями, с каким состоянием вещества мы имеем дело, проявляются различные свойства материи, проявляется действие различных сил природы.

Все силы, действующие в природе, сводятся сегодня к четырем (в действительности к трем, и мы к этому вернемся) силам, считающимся фундаментальными. Это гравитационная сила, самая универсальная. Она действует между всеми составляющими материи. Электромагнитная сила, действующая между зарядами, одноименными и разноименными, неподвижными и движущимися. Сильная ядерная сила, действующая внутри ядра и обеспечивающая удержание заряженные протонов и незаряженных нейтронов. Слабая сила, ответственная за радиоактивные превращения, в частности за то, что наше Солнце светит.