Охота за кварками - Чирков Юрий Георгиевич

Возьмем теперь крошку электрон и лишь слегка увеличим его массу. Казалось бы, пустяк. Но вновь от этого малого «толчка» возникнут страшные последствия — наша Вселенная, утверждают физики, превратится в… нейтронную Вселенную!

Дело в том, что существование галактики, звезд, планет зависит от стабильности атомов водорода, состоящих из одного протона и одного электрона. И если увеличить массу электрона в 2,5 раза, то все атомы водорода будут коллапсировать по схеме: р + е-KI+V. Выражаясь простыми словами, все протоны и электроны, слившись, превратятся в нейтроны и нейтрино. Возникает нейтронная Вселенная. И наш мир, сжимаясь, превратится либо в нейтронную звезду, либо в «черную дыру».

Подобная «игра» с массами электрона, протона и нейтрона может привести и к другим вариантам: водородной Вселенной (в ней элементы с атомными весами, больше единицы будут отсутствовать, и останется только водород!), лептонной Вселенной (все протоны в конце концов превратятся в лептоны, то есть в электроны и нейтрино, для чего необходимо лишь несколько изменить силу электромагнитного взаимодействия), гелиевой Вселенной (если несколько увеличить ядерные силы, то можно все протоны превратить в атомы гелия)…

И последний пример. Попробуем изменить заряд электрона. Если его увеличивать, то притяжение к находящимся в атомном ядре протонам погубит все тяжелые (с большими атомными весами) элементы (конечно, мир в целом должен остаться электронейтральным, поэтому необходимо увеличить и заряды протонов). А увеличив заряд электрона в 12 раз, можно извести таким «приемом» все сорта атомов, включая и атом водорода!..

Столь же неожиданная ситуация возникнет, если уменьшать заряд электрона. Силы, притягивающие протоны и электроны в любом атоме, при этом уменьшатся, атомы станут более рыхлыми, увеличатся их размеры.

Трехкратного уменьшения заряда электрона достаточно, чтобы все вещество Земли превратилось в плазму. И не останется на ней ни растений, ни животных, ни людей.

Странным, непредсказуемым станет мир. Кристаллическая структура скал начнет разрушаться даже от легкого дуновения ветерка. Падение камня с горы порвало бы и связи молекул — в веществе пошли бы неконтролируемые химические реакции…

Подобные умозрительно-физические упражнения можно продолжать и дальше. Многие примеры заимствованы нами из вышедшей в 1984 году книги И. Розенталя «Элементарные частицы и структура Вселенной». Читатель найдет в ней не только многочисленные ответы на древний вопрос: «Как устроен мир?», но и на тот, который люди осмелились задавать себе лишь недавно: «Почему мир устроен так, а не иначе?»

Итак выясняется, что семерка мировых чисел подогнана друг к другу настолько тщательно (современный теолог мог бы утверждать, что господь-бог творил не небо, землю, свет… а скрупулезно подбирал фундаментальные постоянные!), что даже небольшое изменение мировых констант способно вызвать катастрофические последствия. Так что мы живем в мире, «сработанном» исключительно тонко и гармонично.

Впрочем (о, диалектика!), о какой гармонии мира может идти речь, когда структура нашей Вселенной оказалась столь неустойчивой! Ведь мы только что убедились, что даже небольшое изменение фундаментальных постоянных кардинально ломает привычную картину мира.

При этом один за одним «исчезают» основные элементы Вселенной — ядра, атомы, молекулы, звезды, галактики.

И еще. Те дельцы, строители Метагалактики (вспомним о них), непременно бы обанкротились, убедившись лишний раз, что сегодня без науки и шагу ступить нельзя!

Большой Взрыв

Потребность исследовать Вселенную, размышлять о ней, глубоко заложена в уме и природе человека. Однако космология — наука, соединяющая расчеты физика-теоретика, наблюдения астронома и размышления философа, — родилась и оформилась сравнительно недавно.

Одна из центральных тем космологии — как возникла Вселенная. Сейчас большинство ученых придерживается модели «горячей расширяющейся Вселенной».

Тот взгляд, что наша Вселенная, ее галактики, планеты, разумная жизнь на них являются результатом так называемого Большого Взрыва, мысль о том, что примерно 18 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой крохотный сгусток материи, обладающий бесконечно высокими температурой и плотностью, что затем, после «взрыва», началось расширение вещества, которое продолжается и поныне и проявляет себя в экспериментально установленном разбегании галактик (интересно, что разлетающиеся галактики мы наблюдаем такими, какими они были примерно Ю9 лет назад!) от общего центра, — все эти необычные, даже дикие с точки зрения здравого смысла представления пробили себе дорогу совсем недавно.

Прежде — а писал об этом еще Аристотель — Вселенная считалась статичной, неизменной. Идея вечности «механизма часов Вселенной» никем не оспаривалась.

Но то были заблуждения. Мы знаем, например, что радиоактивные элементы необратимо распадаются. В вечной Вселенной радиоактивное вещество давно должно было бы развалиться. И сам факт существования радиоактивности свидетельствует: с момента образования Земли и других объектов Вселенной прошло конечное время.

Все так. И все же мысль о Большом Взрыве с трудом укладывается в голове. И космологам, которые развивали эти полуфантастические идеи, вначале было нелегко: их взгляды были встречены с неодобрением.

Однако факты, собранные астрономами, подтвердили самые, казалось бы, «безумные» утверждения теоретиков.

И современный сценарий развития Вселенной уже дописан до времен, отстоящих от момента взрыва на столь ничтожную величину, для которой у математиков нет даже названия, — до 10-43 секунды. И суждения космологов считаются теперь столь же верными, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Но что же, галактики так и будут вечно разбегаться друг от друга? Не может ли случиться, что они повернут назад и начнут сближаться?

Теория утверждает, что в «ближайший период», в течение, скажем, пятидесяти миллиардов лет разбегание сохранится. А дальше? Возможно, бег галактик замедлится до полной остановки, а затем они (если на то будет соизволение управляющих миром фундаментальных постоянных!) начнут движение вспять, пока не сольются в первоначальную точку.

И снова будет Большой Взрыв. И родится новая Вселенная… Какой она будет? Это и есть второй «большой» вопрос космологии (эта наука становится все респектабельнее, все представительнее проходят съезды ее ученых). Каковы возможные варианты рождающихся вселенных? Скажем, наш мир имеет три координаты, но отчего бы «очередной» Вселенной не быть двухмерной, плоской или, наоборот, четырех-, пятимерной?..

О Большом Взрыве, о связанных с ним проблемах, о спорах космологов довелось мне узнать во время наших встреч с И. Розенталем. Много необычного и любопытного рассказал он.

И. Розенталь окончил МГУ в 1941 году. С блеском начал исследовательскую работу у Д. Блохинцева. Но началась жестокая война. На фронте И. Розенталь командовал радиолокационной установкой. После войны занялся изучением космических лучей, исследовал элементарные частицы. А в последние годы с юношеским пылом увлекся космологией.

— К вопросам космологии я подхожу с экспериментальных позиций, — помню, говорил И. Розенталь. — Давайте исходить из той реальности, которая существует. Расположим все известные нам элементарные частицы в порядке возрастания их массы. Быстро обнаруживается: все частицы сгрудились тесной группкой вокруг протона, его массу можно считать за среднюю. И только электрон, имеющий массу в тысячи раз меньшую, чем протон, явно выпадает из общей компании. Это гигантский выброс, большая флуктуация в мире элементарных частиц.

— Этот факт имеет глубокий смысл?

— Да. Такие флуктуации совершенно необходимы для существования сложных форм материи. Ведь вы уже убедились, что подправлять конструкцию Вселенной очень опасно: даже небольшой сдвиг в величине массы электрона привел бы к катастрофе…