Даниил Данин - Неизбежность странного мира

А через четверть века, в 1956 году, нейтрино вдруг стало героем дня — с ним связались взбудоражившие ученых новые события в науке об элементарных частицах. Так разве не ясно, что физик в самом Деле имел право улыбнуться в ответ на наше недоумение: что может дать знание какого-то там импульса? Но был у него и еще один повод для улыбки — менее замысловатый, но не менее существенный.

Когда вам говорят — площадь комнаты такая-то, что можно сказать о ее длине и ее ширине? Ничего определенного: комната может быть квадратной, а может быть похожей на коридор. Вот так и импульс — произведение массы на скорость: его значение ничего не говорит о массе и скорости по отдельности.

Но, к счастью, есть еще одна легко измеримая величина, зависящая от скорости и массы частицы: энергия ее движения. Узнать бы еще энергию! Тогда сразу раскроет частица оба своих «секрета» — и массу и скорость. Природа ведь и вправду вовсе не держится за свои тайны, она готова разбазаривать их налево и направо, рассказывать когда угодно и кому угодно — нашелся бы умеющий слушать и понимать-Говоря о «секретах» частицы, мы признаемся, сами того не замечая, только в своей «глухоте» и «нерасторопности». Нужны два — уравнения, чтобы определить два неизвестных: скорость и массу. Величина импульса наполовину решает дело: она дает одно уравнение. Энергия может дать другое.

Надо услышать, что рассказывают про свою энергию со сцены туманной камеры космические частицы. Там они выступают перед исследователями как строители тоннелей из тумана. Кривизна тоннеля зависит от импульса. А массивность и длина? Очевидно, от затрат энергии, на какие способна частица, от ее энергетических ресурсов и от ее щедрости.

Около тридцати электроновольт нужно потратить частице на создание пары ионов в камере Вильсона. Частице приходится работать в пути, чтобы возникали центры туманообразования! Но когда силы ее иссякают, она останавливается, обрывается туманный след.

Заряженная частица работает своим электрическим полем. С его помощью взаимодействует она с электронами встречных атомов, отрывая их от ядер. Чем медленнее летит частица, тем больше возникает ионов, тем толще след. Но, стало быть, и траты ее больше — скорее иссякает богатство. А его и так было сравнительно немного: энергия медленной частицы невелика. Она сумеет выстроить хоть и массивный, но короткий тоннель. Это результат ее бедности и щедрости.

И вот частица быстрая миллиардерша, подобно протону из Дубны. Пролетая с огромной скоростью, успеет ли она вообще сколько-нибудь заметно поработать своим полем на единице пути? Успеет ли она потратить хоть немного своей громадной энергии на создание ионов? Тоннель, конечно, окажется очень длинным: энергии для трат у частицы сколько угодно — миллиарды электроновольт. Но не обрекает ли ее богатство на скупость? Не будет ли она. тратить из-за быстроты так мало, что тоннель выстроится кисейный, совсем прозрачный, еле различимый? Зачем тогда подставлять туманную камеру под космические лучи, где особенно интересны как раз частицы высоких энергий?

Конечно, теория относительности должна объяснить — почему же следы таких сверхскоростных частиц все-таки отлично видны в камере Вильсона. Именно такие частицы ощутимо демонстрируют наблюдателю в земной лаборатории, относительно которой они так быстро движутся, возрастание своей массы от скорости, замедление собственного хода времени и сокращение собственного масштаба длины. Оттого-то эти быстрые частицы называют релятивистскими — они целиком живут во власти законов теории относительности (а «относительный» по-латыни — «релятивус»)

Электрическое поле заряженной частицы окружает ее со всех сторон, как земная атмосфера окружает Землю, и частице вовсе не нужно ударять атом «в лоб», чтобы оторвать от него электрон. Частица задевает атомы своим электрическим полем, когда они толпятся вдоль трассы ее полета. Так жар раскаленной болванки обжигает еще на расстоянии.

Но есть невидимая граница, за которой жар не опасен. Есть невидимый предел, за которым поле летящей частицы становится таким слабым, что уже не может сорвать электрона с мимо идущего атома 1 — не может превратить атом в ион.

Вообразите, что на болванку дует сильный ветер: за ветром к ней можно подойти ближе, но зато с боков надо будет теперь держаться от нее подальше: облако жара сплющится, но раздастся в стороны.

И вот летит через газ релятивистская частица. Не изменяет ли огромная скорость и поле частицы так же, как массу, течение времени, масштаб длины? Этого следует ожидать из самых общих соображений: поле тоже вполне материально, и силы его не могут не зависеть от свойств пространства и времени. Эта зависимость сложна, однако физики ее, конечно, расшифровали.