Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Заметьте — самого главного!

Наверное, раздадутся голоса:

— Возвращайтесь в Дубну, возвращайтесь на Арагац! Рассказывайте о сегодняшних днях науки. Хватит отступлений!..

Должен сознаться, что с первоначальным замыслом этих «путевых заметок» действительно что-то случилось по дороге. Я вдруг почувствовал, что рассказ о работе наших ученых в Дубне, о драматических поисках новых частиц на Арагаце и вообще рассказ о науке, изучающей глубины материи, будет удручающе темным и никому не нужным, если не попробовать по возможности простыми словами изобразить неизбежность странного мира , в который погружает человека современная физика.

Этот странный мир — сама природа, с теми ее законами и повадками, какие оставались неизвестными классической физике. А в школах все мы проходили начатки только этой старой физики. И до сих пор средняя, для всех обязательная, школа почему-то лишь с классическими представлениями и знакомит большинство человечества. А потом, после школы, это большинство уже никогда с физикой не соприкасается: другие интересы, другие заботы одолевают людей — каждого по роду его деятельности. Успев на школьной скамье стать современниками Ньютона, мы не успеваем стать современниками Эйнштейна. Озабоченная только тем, чтобы мы знали назубок законы Ома и Гей-Люссака, с которыми, вообще-то говоря, нам в жизни потом решительно нечего делать, хотя знать их, конечно, полезно, школа совершенно не заботится о нашем физическом мировоззрении. А между тем каждый жаждет хотя бы почувствовать неизбежность и осознать необходимость той неклассической, по слухам — совершенно непонятной, картины движущейся материи, которую рисует физика XX века.

Потому-то, может быть, отступления и должны быть самым главным в этом рассказе об элементарных частицах, и потому-то, пожалуй, незачем скупиться на мнимые «уходы в сторону».

…Пора бы передохнуть от рассуждений, но не тут-то было: разве рассеялись все сомнения, вызванные у нас непостижимым сообщением энциклопедии, что масса покоя фотона равна нулю?

Непостижимым? Нет, справочники не загадывают загадок, они только информируют. Узнав необычный факт, мы постарались с ним примириться. Однако состоялось ли примирение до конца?

Хорошо, решили мы, раз масса покоя у световых частиц нулевая, значит они в покое пребывать не могут под угрозой гибели. Значит, догнать их и заставить покоиться относительно чего бы то ни было нельзя . Значит, скорость света — наибольшая из возможных скоростей, и другие материальные тела достигнуть ее не могут. Значит, масса их растет вместе со скоростью, чтобы в пределе — при скорости световой — сделаться бесконечной. Значит, прибавление энергии движения равносильно прибавлению массы. Между массой и энергией есть прямая связь!

Накапливая эти неизбежные выводы, мы словно бы забыли о фотоне, с которого все началось. Но теперь, взглянув на него новыми глазами, мы окунемся в новые сомнения, которые могут показаться совсем уж безысходными.

Сомнение первое… Фотон материален, а между тем летит со скоростью света. Предел, недостижимый для других материальных частиц, оказывается достижимым для частицы света! Что же она такое в отличие от иных физических тел — в отличие от ракет или протонов?

Конечно, масса движущегося фотона не становится бесконечной оттого, что он мчится со световою скоростью. Иначе он не мог бы существовать и в движении.

Его массу в движении очень легко установить: ведь по своей физической природе частица света — это квант излучения, или порция электромагнитной энергии. Закон Е = М·С 2тотчас позволяет узнать массу этой порции, так же как прибавку в весе у больного, разметавшегося в жару, так же как массу любого количества любой энергии: надо только величину кванта Е разделить на С 2.

И вот получается, что квант или фотон фиолетового света в 150 тысяч раз легче покоящегося электрона — легчайшей из крупиц вещества. А фотон красного света еще в два раза легче фиолетового кванта. Помните, Ньютон думал совсем другое: он полагал, что корпускулы красного конца солнечного спектра — самые большие, а фиолетового конца — самые малые. У него не могло быть никакого представления о подлинной природе корпускул света. Но то, чего уж и вовсе не мог бы вообразить Ньютон, так это будущей предательской роли световых частиц по отношению к его, ньютоновой, механике.

Возродившись через двести лет в виде квантов-фотонов, световые корпускулы возглавили вместе с электронами бунт элементарных частиц и атомов против старых законов движения и взаимодействия материальных тел. Они сразу вошли в подчинение законам Эйнштейна, а потом потребовали еще и создания новой механики — квантовой. (Об ее идеях — речь впереди, во второй части книги.) А сегодня им уже и этого, кажется, мало!