Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Что может заставить воду в небольшом роднике или ручье двигаться в ином направлении, чем в морях и океанах? В то время на этот вопрос невозможно было ответить, потому что причина приливов оставалась загадкой. Ответ нашёлся лишь в 1940 году благодаря американскому геофизику по имени Хаим Лейб Пекерис. [62] Pekeris C. L. Note on Tides in Wells // Travaux de l’Association Internationale de Géodésie. — Paris, 1940. — Vol. 16.

Прилив можно определить не просто как движение воды, но как изменение формы одного тела под влиянием притяжения другого. При формировании приливного горба притяжение Луны воздействует не только на поверхность океана, но и на воду под ней, и на дно. Вот только горб на твёрдой поверхности оказывается гораздо меньше, так как каменные породы куда плотнее. Итак, каждые 25 часов где-то на Земле образуется бугор суши, который через некоторое время разглаживается.

Теперь представим, что порода, в которой вырыт колодец, имеет пористую структуру и впитывает воду. Это вполне возможно, ведь раз люди выкопали колодец, значит, где-то поблизости есть вода. Окружающая колодец порода похожа на пропитанную жидкостью губку. И, как и губка, она впитывает в себя воду при растяжении и выжимает её при сжатии.

И камни, и морская вода растягиваются при приливе и сжимаются при отливе. Соответственно, во время прилива уровень воды в колодце снижается, а во время отлива — повышается. Именно это явление и наблюдал Посидоний и через 2000 лет объяснил Пекерис.

Позвольте мне привести ещё один пример того, как приливы возникают и в твёрдой материи, на этот раз более высокотехнологичный и современный. В ЦЕРНе, Европейской лаборатории физики элементарных частиц, расположенной около Женевы, субатомные частицы разгоняют до огромных скоростей в подземном тоннеле, длина окружности которого составляет 26,7 километра. Пока наверху мирно пасутся коровы, всего в 100 метрах под ними с невероятной силой сталкиваются мельчайшие строительные блоки материи. Кинетическая энергия изначальных частиц превращается в энергию массы частиц новых, которые появляются из вакуума, точно кролик из шляпы фокусника. [63] В 1905 году Альберт Эйнштейн открыл, что масса представляет собой всего лишь компактную форму энергии (его формула E = mc 2 описывает эту взаимосвязь, а c в ней обозначает скорость света). Согласно закону сохранения энергии её невозможно создать или уничтожить, можно лишь перевести из одной формы в другую. Это означает, что кинетическая энергия (энергия движения) сталкивающихся субатомных частиц может быть конвертирована в массу-энергию новых частиц. Именно на этом принципе построена работа ускорителей частиц, таких как БАК в ЦЕРНе. Всю субатомную шрапнель, разлетающуюся от места столкновения, регистрируют огромные детекторы. Именно в этом субатомном «мусоре» в июле 2012 года и был найден бозон Хиггса (частица поля Хиггса, наделяющего все прочие субатомные частицы массой).

Бозон Хиггса был открыт благодаря Большому адронному коллайдеру, в котором пучки протонов движутся по кольцу навстречу друг другу на скорости, равной 99,9999991% скорости света. [64] Технически энергия протонов составляет семь тераэлектронвольт (ТэВ), соответственно общая энергия столкновения равна 14 ТэВ. Двигаясь со скоростью, составляющей 99,9999991% скорости света, они облетают кольцо БАК 11 000 раз за секунду. Их фактор Лоренца (γ) равен 7500, и это означает, что они в 7500 раз более массивны, чем протоны в состоянии покоя. Подобное объясняется специальной теорией относительности Эйнштейна, которая гласит, что масса тел увеличивается, а инерция уменьшается при приближении к световой скорости, и поэтому они не могут её достичь (см. главу 5). Хотя разница между скоростью протонов в БАК и скоростью света составляет всего три метра в секунду (это средняя скорость бегуна), для того чтобы её увеличить, потребуется бесконечное количество энергии. БАК располагается в кольцевом тоннеле, где раньше находился другой ускоритель частиц — Большой электрон-позитронный коллайдер, в котором электроны сталкивались со своими античастицами (позитронами). Именно во время использования БЭПК в 1992 году физики заметили, что с энергией пучков частиц происходит что-то необычное. [65] Каждая субатомная частица имеет партнёра из антиматерии, обладающего противоположными свойствами, такими как электрический заряд и квантовый спин. Античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон.