Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Здесь физика призывает на помощь химию, можно сказать — физика порождает химию. Даже нейтральные атомы (если это не атомы инертных газов с их замкнутыми внешними электронными оболочками) взаимодействуют между собой так, чтобы обеспечить еще более полную компенсацию электрических зарядов и спинов электронов. Так, в результате взаимодействия электронов двух или нескольких атомов образуются молекулы, еще более скомпенсированные, еще более нейтральные структуры. Но и здесь компенсация оказывается не идеальной. Если две молекулы сближаются между собой очень тесно, то они «чувствуют», что их электрические поля или силы скомпенсированы не полностью. Остатки этих сил притягивают молекулы так сильно, что они объединяются в большие коллективы.

Если температура не слишком велика, объединение продолжается. Молекулы газов, не чувствующие друг друга на расстоянии, взаимодействующие в газах только при случайных соударениях, при понижении температуры образуют жидкость, а при еще более низких температурах — твердые тела. Тепловое движение оставляет молекулам, входящим в состав жидкостей и твердых тел, какую-то долю независимости. В жидкостях они могут перемещаться и вращаться, в твердых телах они способны колебаться относительно положений своего равновесия, относительно своих соседей. Те из них, что находятся на поверхности, могут даже оторваться от коллектива — испариться.

Но если охлаждение происходит медленно, то из жидкости возникают кристаллы. Оказывается, что и за пределы молекул выходят достаточно сильные остатки их внутренних электрических полей. Полей, которые скомпенсировались при образовании атомов и еще полнее скомпенсировались при образовании молекул. Теперь компенсируются остатки, выходящие за пределы молекул. Они заставляют молекулы выстраиваться в регулярные структуры, образующие кристаллы. Во многих отношениях кристалл ведет себя как огромная молекула, состоящая из большого количества однотипных молекул или ионов.

Опираясь на нашу аналогию, обратимся снова к кваркам. Нечто подобное происходит и в тех глубинах материального мира, где действуют кварки и глюоны.

Под влиянием сильного взаимодействия вполне определенные комбинации кварков и глюонов образуют все известные ядерные частицы — протоны, нейтроны и остальные адроны. При этом кварки обмениваются глюонами аналогично тому, как протоны и нейтроны, обмениваясь пионами, образуют ядра атомов. В ходе такого обмена сильные взаимодействия в существенной мере компенсируются. Их невозможно обнаружить на большом расстоянии от нуклона. Ядерные силы являются нескомпенсированным остатком сильных взаимодействий. На близких расстояниях ядерные силы, эти остатки сильных взаимодействий, много сильнее сил электрического отталкивания. Поэтому они удерживают протоны и нейтроны внутри ядер. Они могут привести и к слиянию ядер, если эти ядра окажутся на достаточно близком расстоянии. Например, при сближении ядер-снарядов с ядрами-мишени.

То, что изложено здесь, это картина, набросанная на основе аналогий. Ученые создают при помощи этой грубой модели все более точные модели, которые рано или поздно превратятся в математические модели и уравнения. Решение этих уравнений позволит объяснить структуру ядер, Порядок перехода от одночастичного ядра атома водорода — протона — к двухчастичному (протон плюс нейтрон) ядру атома дейтерия — дейтону, к трехчастичному (протон плюс два нейтрона) ядру атома трития — тритону или ядру гелия-3, содержащему два протона и один нейтрон, и так далее, к урану и трансурановым элементам.

Когда такая математическая модель будет построена и соответствующие уравнения будут решены, полученные решения позволят наконец понять, почему ядра образуются такими, какими мы их видим в соответствии с таблицей Менделеева. Мы ответим на вопрос: где предел этой таблицы? Мы будем знать, какие трансурановые элементы еще можно синтезировать. Действительно ли существует остров или острова стабильности и, если они существуют, то как следует до них добираться?..

Мы рассказали только начало истории познания строения материи. Мы оттолкнулись только от одного удивительного предчувствия — прозрения гениального русского химика Менделеева. Эта история продолжается, она вовлекает в сферу своих интересов все новые разумы, она вдохновляет на научные свершения юных — за ними следующее слово, за ними новые предчувствия и свершения.

ГЛАВА 2 ЯЗЫК МОЛЕКУЛ

Национальной науки нет, как нет национальной таблицы умножения.

А. П. Чехов

Цвет неба

Объяснить происхождение цвета неба старались уже средневековые ученые. Некоторые из них предполагали, что синий цвет есть истинный цвет воздуха или отдельных его частей. Другие считали, что настоящий цвет неба черный, такой, каким он кажется ночью. Они утверждали, что голубая окраска, видимая днем, есть результат смешения белого цвета солнечных лучей и черного межзвездного пространства.