Владимир Лешковцев - 50 лет советской физики

В 1929 г. опыт подтвердил справедливость решений Фридмана. В этом же году американский астроном Хаббл опубликовал результаты своих удивительных наблюдений. Изучая далекие галактики, он установил, что все они удаляются от нас. При этом испускаемый ими свет изменяет свою окраску — цвет его перемещается в красную область спектра тем сильнее, чем быстрее удаляется породившая его галактика. Это явление назвали «красным смещением».

Оказалось также, что чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от наших космических окрестностей. Мир, который мы видим в наши телескопы, непрерывно пухнет, расширяется, увеличивает свои размеры. Например, одна из наиболее далеких галактик, известная астрономам под номером ЗС295, удаляется от нас со скоростью, примерно равной 150 тысячам километров в секунду, а ведь это половина скорости света в пустоте.

Что же касается «конца» Метагалактики, ее гибели, предсказываемой одним из решений Фридмана, то на этот счет существует теперь полная ясность. Недавно два ученика знаменитого советского физика-теоретика академика Л. Д. Ландау — член-корреспондент Академии наук СССР Евгений Михайлович Лифшиц и профессор Исаак Маркович Халатников неопровержимо доказали, что наша Метагалактика никогда не погибнет.

Дело в том, что для решения основных уравнений гравитационного поля Фридману, как и Эйнштейну, пришлось сделать несколько предположений, в частности, что распределение космических масс вещества в среднем однородно во всей Вселенной. В каждом одинаковом объеме космического пространства заключено одинаковое количество материи. В иных условиях задача становилась необычайно трудной.

Эти трудности и удалось преодолеть Е. М. Лифшицу и И. М. Халатникову. Они нашли более точное решение уравнений Эйнштейна, учитывающее реальное распределение космических масс в нашей Метагалактике. Оказалось, что она никогда не «съежится», как воздушный шарик, из которого выпустили воздух, и части ее никогда не вернутся в начальное состояние. Иными словами, мир, в котором мы живем, никогда не умрет. Наша Метагалактика оказалась «открытой» системой.

Существование атомных ядер и их огромная прочность возможны лишь потому, что внутри любого ядра действуют ядерные силы. Так как ядра включают в себя одноименно заряженные частицы — протоны, сближенные до расстояний порядка 10 −13 см , то, казалось бы, они должны немедленно разрушаться под влиянием громадного электростатического отталкивания протонов друг от друга. Но мы знаем, что этого не происходит. Только очень тяжелые ядра, стоящие в конце Периодической системы Менделеева, оказываются неустойчивыми и это приводит к радиоактивному распаду. Что же придает прочность атомным ядрам?

Атомные ядра существуют только потому, что между всеми входящими в них частицами действуют могучие ядерные силы.

Исследование этих сил позволило выяснить их главные особенности. Эти силы, естественно, являются силами притяжения. Они обладают зарядовой независимостью, т. е. одинаково сильно притягивают любую пару частиц друг к другу — нейтрон к протону, протон к протону или нейтрон к нейтрону. Уже отсюда видно, что они не могут быть электромагнитными силами. Кроме того, ядерные силы — короткодействующие, они проявляются на расстояниях порядка диаметра одной ядерной частицы (~10 −13 см ). Наконец, они обладают свойством насыщения, т. е. наиболее эффективно удерживают не любые, а строго определенные группы ядерных частиц, например, два протона и два нейтрона.

Современные представления о природе ядерных сил, объясняющие все их основные особенности, были созданы академиком Игорем Евгеньевичем Таммом в 1934 г. Он первый понял, что эти силы могут быть только обменными. В это время уже были созданы основные представления о квантовой природе электромагнитного поля, согласно которым взаимодействие двух заряженных частиц осуществляется посредством квантов, испускаемых и поглощаемых заряженными частицами. Таким образом, взаимодействие есть результат обмена промежуточными частицами, создающими электромагнитное поле.

Физическая сущность обменных сил хорошо видна из следующей грубой механической аналогии. Представьте себе груз, достаточно тяжелый, чтобы его не мог долго нести один человек, и такой, что вдвоем его нести очень неудобно. Для того чтобы перенести такой груз на большое расстояние, необходимы по крайней мере два человека. Они будут нести его, поочередно передавая друг другу. Передача груза делает возможным его перенос, но она же связывает обоих грузчиков, объединяет их.