Мельчайшие составные частицы материи. Самая маленькая ящерица в мире

Ответ на непрекращающийся вопрос: какая самая маленькая частица во Вселенной эволюционировал вместе с человечеством.

Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг нас. Затем был обнаружен атом, и он считался неделимым, пока он не был расщеплен, чтобы выявить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже не оказались самыми маленькими частицами во Вселенной, так как ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.

Пока ученые не смогли увидеть никаких доказательств того, что внутри кварков что-то есть и достигнут самый фундаментальный слой материи или самая маленькая частица во Вселенной.

И даже если кварки и электроны неделимы ученые не знают, являются ли они наименьшими битами материи в существовании или если Вселенная содержит объекты, которые являются еще более мелкими.

Самые мельчайшие частицы Вселенной

Они бывают разных вкусов и размеров, некоторые имеют удивительную связь, другие по существу испаряют друг друга, многие из них имеют фантастические названия: кварки состоящие из барионов и мезонов, нейтроны и протоны, нуклоны, гипероны, мезоны, барионы, нуклоны, фотоны и т.д.

Бозон Хиггса, настолько важная для науки частица, что ее называют «частицей Бога». Считается, что она определяет массу всем другим. Элемент был впервые теоретизирован в 1964 году, когда ученые задавались вопросом, почему некоторые частицы более массивны, чем другие.

Бозон Хиггса связан с так называемым полем Хиггса который, как полагают, заполняют Вселенную. Два элемента (квант поля Хиггса и бозон Хиггса), ответственны за то, чтобы дать другим массу. Названа в честь шотландского ученого Питера Хиггса. С помощью 14 марта 2013 г. официально объявлено о подтверждении существования Бозона Хиггса.

Многие ученые утверждают, что механизм Хиггса разрешил недостающую часть головоломки, чтобы завершить существующую «стандартную модель» физики, которая описывает известные частицы.

Бозон Хиггса принципиально определил массу всему, что существует во Вселенной.

Кварки

Кварки (в переводе бредовые) строительные блоки протонов и нейтронов. Они никогда не одиноки, существуя только в группах. По-видимому, сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием, поэтому чем дальше, тем труднее их будет разнять. Поэтому свободные кварки никогда не существуют в природе.

Кварки фундаментальные частицы являются бесструктурными, точечными размером примерно 10 −16 см .

Например, протоны и нейтроны состоят из трех кварков, причем протоны содержат два одинаковых кварка, в то время как нейтроны имеют два разных.

Суперсимметричность

Известно, что фундаментальные «кирпичики» материи фермионы это кварки и лептоны, а хранители силы бозоны это фотоны, глюоны. Теория суперсимметрии говорит о том, что фермионы и бозоны могут превращаться друг в друга.

Предсказываемая теория утверждает, что для каждой известной нам частицы есть родственная, которую мы еще не обнаружили. Например, для электрона это селекрон, кварка — скварк, фотона –фотино, хиггса - хиггсино.

Почему мы не наблюдаем этой суперсимметрии во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее, чем их обычные родственные частицы и чем тяжелее, тем короче их срок службы. По сути, они начинают разрушаться, как только возникают. Создание суперсимметрии требует весьма большого количества энергии, которая только существовала вскоре после большого взрыва и возможно может быть создана в больших ускорителях как большой адронный коллайдер.

Что касается того, почему симметрия возникла, физики предполагают, что симметрия, возможно, была нарушена в каком-то скрытом секторе Вселенной, который мы не можем видеть или касаться, но можем чувствовать только гравитационно.

Нейтрино

Нейтрино легкие субатомные частицы, которые свистят везде с близкой скоростью света. На самом деле, триллионы нейтрино текут через ваше тело в любой момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей.

Некоторые происходят от солнца, в то время как другие от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли и астрономическими источниками, такими как взрывающиеся звезды на Млечном пути и другие далекие галактики.

Антивещество

Считается, что все нормальные частицы имеют антивещества с одинаковой массой, но противоположным зарядом. Когда материя и встречаются, они уничтожают друг друга. Например, частица антиматерии протона является антипротоном, в то время как партнер антиматерии электрона называется позитроном. Антивещество относится к самым дорогим веществам в мире которые смогли определить люди.

Гравитоны

В области квантовой механики все фундаментальные силы передаются частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами, которые несут электромагнитную силу. Точно также гравитон является теоретической частицей, которая несет в себе силу гравитации. Ученым еще предстоит обнаружить гравитоны, которые сложно найти, потому что они так слабо взаимодействуют с веществом.

Нити энергии

В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, действуют как одиночные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Поскольку нельзя приблизиться бесконечно близко к точке, так как действующие силы, могут стать бесконечно большими.

Идея под названием теория суперструн может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы, вместо того, чтобы быть точечными, на самом деле являются маленькими нитями энергии. Тоесть все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и мембран энергии. Ничто не может быть бесконечно близко к нити, потому что одна часть всегда будет немного ближе, чем другая. Эта «лазейка», похоже, решает некоторые из проблем бесконечности, делая идею привлекательной для физиков. Тем не менее, у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.

Другой способ решения точечной проблемы — сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из дискретных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной структурой. В этом случае две частицы не смогут бесконечно приближаться друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером зерна пространства.

Точка черной дыры

Еще одним претендентом на звание самая маленькая частица во Вселенной является сингулярность (единственная точка) в центре черной дыры. Черные дыры образуются, когда вещество конденсируется в достаточно маленьком пространстве, которое захватывает гравитация, заставляя вещество втянуть вовнутрь, в конечном итоге конденсируясь в единую точку бесконечной плотности. По крайней мере по действующим законам физики.

Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными. Они считают, что эта бесконечность является результатом внутреннего конфликта между двумя действующими теориями — общей теорией относительностью и квантовой механикой. Они предполагают, что когда теория квантовой гравитации может быть сформулирована, истинная природа черных дыр будет раскрыта.

Планковская длина

Нити энергии и даже самая маленькая частица во Вселенной может оказаться размером с «длину планка».

Длина планка составляет 1,6 х 10 -35 метров (число 16 перед которым 34 нуля и десятичная точка) - непонятно малый масштаб, который связан с различными аспектами физики.

Планковская длина – «естественная единица» измерения длины, которая была предложена немецким физиком Максом Планком.

Длина Планка слишком мала для любого инструмента, чтобы измерить, но помимо этого, считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеримой длины. Согласно принципу неопределенности, ни один инструмент никогда не должен быть в состоянии измерить что-либо меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная вероятностная и неопределенная.

Эта шкала также считается разграничительной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.

Планковская длина соответствует расстоянию, где гравитационное поле настолько сильно, что оно может начать делать черные дыры из энергии поля.

Очевидно сейчас, самая маленькая частица во Вселенной примерно размером с длину планка: 1,6·10 −35 метров

Выводы

Со школьной скамьи было известно, что самая маленькая частица во Вселенной электрон имеет отрицательный заряд и очень маленькую массу, равную 9,109 х 10 — 31 кг, а классический радиус электрона составляет 2,82 х 10 -15 м.

Однако физики уже оперируют с самыми маленькими частицами во Вселенной планковского размера который равняется примерно 1,6 х 10 −35 метров.

Мир и наука никогда не стоят на месте. Еще совсем недавно в учебниках по физике уверенно писали, что электрон – самая маленькая частица. Потом самыми мельчайшими частицами стали мезоны, потом бозоны. И вот наукой открыта новая самая мельчайшая частица во Вселенной – планковская черная дыра. Правда, открыта она пока что только в теории. Эта частица относится к категории черных дыр потому, что ее гравитационный радиус больше либо равен длине волны. Из всех существующих черных дыр, планковская – самая маленькая.

Слишком маленькое время жизни этих частиц не может сделать возможным их практическое обнаружение. По крайней мере, на данный момент. А образуются они, как это принято считать, в результате ядерных реакций. Но не только время жизни планковских черных дыр не дает их обнаружить. Сейчас, к сожалению, это невозможно с технической точки зрения. Для того, чтобы синтезировать планковские черные дыры необходим ускоритель энергии в более тысячи электрон-вольт.

Видео:

Не смотря на такое гипотетическое существование этой мельчайшей частицы во Вселенной, ее практическое открытие в будущем является вполне возможным. Ведь еще не так давно легендарный бозон Хиггса так же не удавалось обнаружить. Именно для его обнаружения была создана установка, о которой не слышал только самый ленивый житель на Земле – Большой адронный коллайдер. Уверенность ученых в успехе этих исследований помогла добиться достижения сенсационного результата. Бозон Хиггса на данный момент мельчайшая частица из тех, чье существование доказано практически. Ее открытие очень важно для науки, она позволила приобрести массу всем частицам. А если бы у частиц не было массы, вселенная не могла бы существовать. В ней не могло бы образовываться ни одно вещество.

Не смотря на практическое доказанное существование этой частицы, бозона Хиггса, применения на практике для него еще не придумали. Пока это всего лишь теоритические знания. Но в будущем возможно все. Далеко не все открытия в области физики сразу же имели практическое применение. Никто не знает, что будет через сто лет. Ведь, как говорилось ранее, мир и наука никогда не стоят на месте.

Невероятные факты

Люди, как правило, обращают внимания на большие предметы, которые привлекают наше внимание сразу.

Напротив, маленькие вещи могут оставаться незамеченными, хотя от этого они не становятся менее важными.

Некоторые из них мы можем увидеть невооруженным глазом, другие только с помощью микроскопа, а есть и те, что можно представить себе только теоретически.

Вот коллекция самых маленьких вещей в мире, начиная от крошечных игрушек, миниатюрных животных и людей до гипотетической субатомной частицы.

Самый маленький пистолет в мире

Самый маленький револьвер в мире SwissMiniGun на вид не больше дверного ключа. Однако внешность обманчива, и пистолет длиною всего 5,5 см и весом чуть меньше 20-ти грамм может стрелять со скоростью 122 м в секунду. Этого достаточно, чтобы убить с близкого расстояния.

Самый маленький бодибилдер в мире

Согласно Книге рекордов Гиннеса Адития "Ромео" Дев (Aditya “Romeo” Dev) из Индии был самым маленьким бодибилдером в мире. При росте всего 84 см и весе 9 кг, он мог поднимать гантели весом 1,5 кг и проводил много времени, совершенствуя свое тело. К сожаленью, он умер в сентябре 2012 года из-за разрыва аневризмы мозга.

Самая маленькая ящерица в мире

Харагуанский сферо (Sphaerodactylus ariasae ) является самым маленьким пресмыкающимся в мире. Его длина составляет всего 16-18 мм, а вес 0,2 грамма. Он обитает в Национальном парке Харагуа в Доминиканской республике.

Самый маленький автомобиль в мире

Автомобиль Peel 50 весом 59 кг является самым маленьким серийным автомобилем в мире. В начале 1960-х годов было выпущено около 50-ти таких автомобилей, и сейчас осталось только несколько моделей. В автомобиле два колеса впереди и одно сзади, и он достигает скорости 16 км в час.

Самая маленькая лошадь в мире

Самая маленькая лошадь в мире по кличке Эйнштейн родилась в 2010 году в городе Барнстед в Нью-Гампшире, Великобритании. При рождении она весила меньше, чем новорожденный ребенок (2,7 кг). Ее рост составил 35 см. Эйнштейн не страдает от карликовости, а относится к породе лошадей пинто.

Самая маленькая страна в мире

Ватикан является самой маленькой страной в мире. Это маленькое государство площадью всего 0,44 кв. км и населением из 836 человек, которые не являются постоянным жителями. Крошечная страна окружает собор Святого Петра – духовный центр римских католиков. Сам Ватикан окружен Римом, Италией.

Самая маленькая школа в мире

Школа Калоу в Иране была признана ЮНЕСКО самой маленькой школой в мире. В деревушке, где находится школа, живет всего 7 семей, где насчитывается четверо детей: два мальчика и две девочки, которые и посещают школу.

Самый маленький чайник в мире

Самый маленький чайник в мире был создан известным мастером по керамике Ву Руишеном (Wu Ruishen) и он весит всего 1,4 грамма.

Самый маленький мобильный телефон в мире

Телефон Modu считается самым маленьким мобильным телефоном в мире согласно Книге Рекордов Гиннеса. При толщине 76 миллиметров, он весит всего 39 грамм. Его размеры составляют 72 мм x 37 мм x 7.8 мм. Несмотря на крошечные размеры, вы можете звонить, отправлять СМС сообщения, проигрывать MP3 и фотографировать.

Самая маленькая тюрьма в мире

Тюрьма Сарк на Нормандских островах была построена в 1856 году и вмещает одну камеру на 2-х заключенных.

Самая маленькая обезьянка в мире

Карликовые игрунки, которые обитают в тропических влажных лесах Южной Америки, считаются самыми крошечными обезьянками в мире. Вес взрослой обезьянки составляет 110-140 грамм, а длина достигает 15-ти см. Хотя у них довольно острые зубы и когти, они относительно послушные и популярны в качестве экзотических питомцев.

Самая маленькая почта в мире

Самая маленькая почтовая служба WSPS (World’s Smallest Postal Service) в городе Сан-Франсиско, США переводит ваши письма в миниатюрную форму, так что получателю придется читать его с увеличительным стеклом.

Самая маленькая лягушка в мире

Лягушка вида Paedophryne amauensis при длине 7,7 миллиметров обитает только в Папуа-Новой Гвинее, и является самой крошечной лягушкой и самым маленьким позвоночным в мире.

Самый маленький дом в мире

Самый маленький дом в мире американской компании Tumbleweed архитектора Джея Джафера (Jay Shafer) меньше, чем туалет у некоторых людей. Хотя этот дом площадью всего 9 кв. метров выглядит крошечным, он вмещает все, что вам нужно: рабочее место, спальню, ванную с душем и туалетом.

Самая маленькая собака в мире

В отношении высоты, самой маленькой собакой в мире согласно Книге Рекордов Гиннеса считается собака Бу Бу – чихуахуа высотой 10,16 см и весом 900 грамм. Она живет в штате Кентукки, США.

Кроме того на звание самой маленькой собаки в мире претендует Мейси - терьер из Польши высотой всего 7 см, и длиной 12 см.

Самый маленький парк в мире

Милл Эндс Парк в городе Портленд, штата Орегон, США - это самый маленький парк в мире диаметром всего 60 см. На небольшом круге, расположенном на пересечении дорог располагается бассейн для бабочек, маленькое колесо обозрения и миниатюрные статуи.

Самая маленькая рыба в мире

Рыба вида Paedocypris progenetica из семейства карповых, обнаруженная в торфяных болотах, вырастает всего до 7,9 миллиметров в длину.

Самый маленький человек в мире

72-летний непалец Чандра Бахадур Данги (Chandra Bahadur Dangi) при росте 54,6 см был признан самым невысоким человеком и мужчиной в мире.

Самая маленькая женщина в мире

Самой невысокой женщиной в мире является Йоти Амге (Jyoti Amge) из Индии. На свое 18-летие девушка при росте 62,8 см стала самой маленькой женщиной в мире.

Самый маленький полицейский участок

Эта небольшая телефонная будка в городе Карабелле, штата Флорида, США считается самым маленьким работающим полицейским участком.

Самый маленький младенец в мире

В 2004 году Румаиса Рахман (Rumaisa Rahman) стала самым маленьким новорожденным ребенком. Она родилась на 25-й неделе и весила всего 244 грамм, а ее рост составил 24 см. Ее сестра близнец Хиба весила почти в два раза больше - 566 грамм при росте 30 см. Их мать страдала от тяжелой формы предэклампсии, что может приводит к рождению детей меньшего размера.

Самые маленькие скульптуры в мире

Британский скульптор Уллард Уиган (Willard Wigan), который страдал от дислексии, не преуспевал в учебе и нашел утешение в создании миниатюрных произведений искусства, которые не видны невооруженным глазом. Его скульптуры помещаются в ушке иголки, достигая размеров 0,05 мм. Его недавние работы, которые называют не иначе, как "восьмым чудом света" не превышают размера клетки крови человека.

Самый маленький плюшевый мишка в мире

Мишка Мини-пух созданный немецким скульптором Беттиной Камински (Bettina Kaminski) стал самым крошечным сшитым вручную плюшевым медвежонком с подвижными лапками размером всего 5 мм.

Самая маленькая бактерия

Самый маленький вирус

Хотя среди ученых до сих пор спорят, что считать "живым", а что нет, большинство биологов не классифицируют вирусы в качестве живого организма, так как они не могут размножаться и не способны к обмену вне клетки. Однако вирус может быть меньше любого живого организма, включая бактерию. Самым маленьким одноцепочечным ДНК вирусом является цироковирус свиней (Porcine circovirus ). Диаметр его оболочки составляет всего 17 нанометров.

Самые маленькие объекты, видимые невооруженным глазом

Размер самого маленького объекта видимого невооруженным глазом составляет 1 миллиметр. Это означает, что при необходимых условиях вы сможете увидеть амебу обыкновенную, инфузорию-туфельку и даже яйцеклетку человека.

Самая маленькая частица во Вселенной

За последний век наука сделала огромный шаг к пониманию просторов Вселенной и ее микроскопических строительных материалов. Однако когда дело касается самой маленькой наблюдаемой частицы во Вселенной, возникают некоторые трудности.

Одно время самой маленькой частицей считался атом. Затем ученые открыли протон, нейтрон и электрон. Теперь же мы знаем, что, сталкивая частицы вместе (как например, в Большом адронном коллайдере) их можно разбить на еще больше частиц, таких как кварки, лептоны и даже антивещество . Проблема состоит лишь в определении того, что же является меньше.

Но на квантовом уровне размер становится несущественным, так как законы физики, к которым мы привыкли, не применимы. Так у некоторых частиц нет массы, у некоторых отрицательная масса. Решение этого вопроса, это все равно, что делить на нуль, то есть невозможно.

Самый маленький гипотетический объект во Вселенной

Учитывая, что было сказано выше о том, что понятие размера является неприменимым на квантовом уровне, можно обратиться к известной в физике теории струн.

Хотя это довольно противоречивая теория, она предполагает, что субатомные частицы состоят из вибрирующих струн , которые взаимодействуют, чтобы создать такие вещи, как масса и энергия. И хотя у таких струн нет физических параметров, склонность человека все обосновывать приводит нас к заключению, что это и есть самые маленькие объекты во Вселенной.

Что мы знаем о частицах меньше атома? И какая же самая маленькая частица во Вселенной?

Окружающий нас мир… Кто из нас не восхищался его чарующей красотой? Его бездонным ночным небом, усыпанным миллиардами мерцающих загадочных звезд и теплотой его ласкового солнечного света. Изумрудными полями и лесами, бурными реками и необозримыми морскими просторами. Сверкающими вершинами величественных гор и сочными альпийскими лугами. Утренней росой и соловьиной трелью на рассвете. Благоухающей розой и тихим журчанием ручья. Пылающим закатом и ласковым шелестом березовой рощи…

Разве можно придумать что-либо более прекрасное, чем окружающий нас мир?! Более сильное и впечатляющее? И, вместе с тем, более хрупкое и нежное? Все это тот мир, где мы дышим, любим, радуемся, ликуем, страдаем и грустим… Все это - наш мир. Мир, в котором мы живем, который мы чувствуем, который видим и который нам хоть как-то понятен.

Однако, он гораздо более разнообразен и сложен, чем может показаться на первый взгляд. Мы знаем, что сочные луга не появились бы без фантастического буйства бесконечного хоровода гибких зеленых травинок, пышные деревья, наряженные в изумрудное одеяние - без великого множества листьев на их ветвях, а золотые пляжи - без многочисленных сверкающих песчинок, хрустящих под босыми ногами в лучах летнего ласкового солнца. Большое всегда состоит из малого. Малое - из еще более малого. И этой последовательности, наверное, нет предела.

Поэтому травинки и песчинки, в свою очередь, состоят из молекул, которые образуются из атомов. Атомы, как известно, имеют в своем составе элементарные частицы - электроны, протоны и нейтроны. Но и они, как считается, не конечная инстанция. Современная наука утверждает, что протоны и нейтроны, к примеру, состоят из гипотетических энергетических сгустков - кварков. Есть предположение, что существует еще более мелкая частица - преон, пока так же невидимый, непознанный, но предполагаемый.

Мир молекул, атомов, электронов, протонов, нейтронов, фотонов и т.д. принято называть микромиром . Он является основой макромира - мира человека и соразмерных с ним величин на нашей планете и мегамира - мира звезд, галактик, Вселенной и Космоса. Все эти миры взаимосвязаны и не существуют один без другого.

С мегамиром мы уже познакомились в отчете о нашей первой экспедиции «Дыхание Вселенной. Путешествие первое» и уже имеем представление о далеких галактиках и Вселенной. В том небезопасном путешествии мы открыли для себя мир темной материи и темной энергии, познали глубины черных дыр, достигли вершин сверкающих квазаров и чудом избежали Большого взрыва и не менее Большого сжатия. Вселенная предстала перед нами во всей своей красе и величии. За время нашего путешествия мы поняли, что звезды и галактики не появились сами по себе, а были кропотливо, в течение миллиардов лет, сформированы из частиц и атомов.

Именно частицы и атомы составляют весь окружающий нас мир. Именно они в своем бесчисленном и многообразном сочетании могут явиться перед нами то в образе прекрасной голландской розы, то в виде сурового нагромождения тибетских скал. Все, что мы видим состоит из этих загадочных представителей таинственного микромира. Почему «загадочных» и почему «таинственного»? Потому что человечество, к сожалению, пока очень и очень мало знает об этом мире и о его представителях.

Современную науку о микромире невозможно представить без упоминания электрона, протона или нейтрона. В любом справочном материале по физике или химии мы обнаружим их массу с точностью до девятого знака после запятой, их электрический заряд, время жизни и т.д. К примеру, в соответствии с этими справочниками электрон имеет массу 9,10938291(40) х 10 -31 кг, электрический заряд - минус 1,602176565(35) х 10 -19 Кл, время жизни - бесконечность или не менее 4,6 х 10 26 лет (Википедия).

Точность определения параметров электрона впечатляет, и гордость за научные достижения цивилизации переполняет наши сердца! Правда, одновременно закрадываются некоторые сомнения, прогнать которые при всем желании не совсем получается. Определить массу электрона равную одной миллиард - миллиард - миллиардной части килограмма, да еще и взвесить ее с точностью до девятого знака после запятой - дело, полагаю, совсем не простое, как и замерить время жизни электрона в 4 600 000 000 000 000 000 000 000 000 лет.

Тем более, что этого самого электрона пока еще никто и никогда не видел. Самые современные микроскопы позволяют увидеть лишь электронное облако вокруг ядра атома, в рамках которого с огромной скоростью перемещается, как полагают ученые, электрон (Рис. 1). Мы пока точно не знаем ни размеров электрона, ни его форму, ни скорость его вращения. Реально, об электроне, как, впрочем, и о протоне, и о нейтроне мы знаем крайне мало. Мы можем лишь предполагать и догадываться. К сожалению, на сегодняшний день это пока все наши возможности.

Рис. 1. Фотография электронных облаков, полученная физиками Харьковского Физико-технического института в сентябре 2009 года

Но электрон или протон - это мельчайшие элементарные частицы, из которых состоит атом любого вещества. И если наши технические средства изучения микромира пока не позволяют видеть частицы и атомы, может быть, начнем с чего-то бо льшего и более изведанного? Например, с молекулы! Она состоит из атомов. Молекула - это более крупный и понятный объект, который, вполне вероятно, более глубоко изучен.

К сожалению, вынужден вас вновь разочаровать. Молекулы понятны нам лишь на бумаге в виде абстрактных формул и рисунков их предполагаемой структуры. Получить четкое изображение молекулы с ярко выраженными связями между атомами мы пока тоже не можем.

В августе 2009 года, используя технологию атомной силовой микроскопии, европейские исследователи впервые сумели получить изображение структуры достаточно крупной молекулы пентацена (С 22 Н 14). Самая современная технология позволила разглядеть лишь пять колец, определяющих строение этого углеводорода, а также пятна отдельных атомов углерода и водорода (Рис. 2). И это пока все, на что мы способны…

Рис. 2. Структурное представление молекулы пентацена (вверху)

и ее фото (внизу)

С одной стороны, полученные фотографии позволяют утверждать, что избранный учеными-химиками путь, описывающий состав и структуру молекул, уже не подлежит сомнению, но, с другой стороны, мы можем только догадываться о том,

как же, все-таки, происходит соединение атомов в молекуле, а элементарных частиц - в атоме? Почему эти атомарные и молекулярные связи устойчивы? Как они образовываются, что за силы их поддерживают? Как выглядят электрон, протон или нейтрон? Какова их структура? Что представляет собой атомное ядро? Как протон и нейтрон уживаются в одном пространстве и почему отвергают из него электрон?

Вопросов такого рода очень много. Ответов тоже. Правда, многие ответы основываются только на предположениях, которые порождают новые вопросы.

Мои первые же попытки проникнуть в тайны микромира натолкнулись на достаточно поверхностное представление современной наукой многих фундаментальных знаний об устройстве объектов микромира, о принципах их функционирования, о системах их взаимосвязей и взаимоотношений. Оказалось, что человечество до сих пор четко не представляет, как устроены ядро атома и частицы его составляющие - электроны, протоны и нейтроны. Мы имеем лишь общие представления о том, что в действительности происходит в процессе деления атомного ядра, какие события могут происходить при длительном течении этого процесса.

Изучение ядерных реакций ограничилось наблюдением за процессами и констатацией определенных причинно-следственных связей, выведенных экспериментальным путем. Исследователи научились определять лишь поведение тех или иных частиц при том или другом воздействии. Вот и все! Без понимания их структуры, без раскрытия механизмов взаимодействия! Только поведение! На основе этого поведения определялись зависимости тех или иных параметров и, для пущей важности, эти экспериментальные данные облекались в многоэтажные математические формулы. Вот и вся теория!

К несчастью, этого оказалось достаточным, чтобы храбро приступить к строительству атомных электростанций, различных ускорителей, коллайдеров и созданию ядерных бомб. Получив первичные знания о ядерных процессах, человечество немедленно включилось в беспрецедентную гонку за обладанием мощной подвластной ему энергией.

Как на дрожжах росло количество стран, имеющих на вооружении ядерный потенциал. Ядерные ракеты в огромном количестве угрожающе поглядывали в сторону недружелюбных соседей. Стали появляться атомные электростанции, беспрерывно вырабатывающие дешевую электрическую энергию. Огромные средства уходили на ядерные разработки все новых и новых конструкций. Наука, пытаясь заглянуть внутрь атомного ядра, усиленно возводила суперсовременные ускорители частиц.

Однако, до структуры атома и его ядра дело не доходило. Увлечение поисками все новых и новых частиц и погоня за нобелевскими регалиями отодвинуло на второй план глубокое изучение строения ядра атома и входящих в него частиц.

Но поверхностные знания о ядерных процессах незамедлительно негативно проявились в ходе эксплуатации атомных реакторов и спровоцировали в ряде ситуаций возникновение самопроизвольных ядерных цепных реакций.

В этом списке представлены даты и места возникновения самопроизвольных ядерных реакций:

21.08.1945 год. США, Лос-Аламосская национальная лаборатория.

21.05.1946 год. США, Лос-Аламосская национальная лаборатория.

15.03.1953 год. СССР, Челябинск-65, ПО «Маяк».

21.04.1953 год. СССР, Челябинск-65, ПО «Маяк».

16.06.1958 год. США, Ок-Ридж, Радиохимический завод Y-12.

15.10.1958 год. Югославия, Институт Б. Кидрича.

30.12.1958 год. США, Лос-Аламосская национальная лаборатория.

03.01.1963 год. СССР, Томск-7, Сибирский химический комбинат.

23.07.1964 год. США, Вудри-вер, Радиохимический завод.

30.12.1965 год. Бельгия, Мол.

05.03.1968 год. СССР, Челябинск-70, ВНИИТФ.

10.12.1968 год. СССР, Челябинск-65, ПО «Маяк».

26.05.1971 год. СССР, Москва, Институт атомной энергии.

13.12.1978 год. СССР, Томск-7, Сибирский химический комбинат.

23.09.1983 год. Аргентина, Реактор RA-2.

15.05.1997 год. Россия, Новосибирск, завод химических концентратов.

17.06.1997 год. Россия, Саров, ВНИИЭФ.

30.09.1999 год. Япония, Токаймура, Завод по производству ядерного топлива.

К этому списку необходимо добавить многочисленные аварии с воздушными и подводными носителями ядерного оружия, инциденты на предприятиях ядерно-топливного цикла, аварийные ситуации на АЭС, чрезвычайные ситуации при испытаниях ядерных и термоядерных бомб. В нашей памяти навсегда останутся трагедии Чернобыля и Фукусимы. За этими катастрофами и аварийными ситуациями тысячи погибших людей. И это заставляет очень серьезно задуматься.

Одна только мысль, о работающих атомных электростанциях, которые могут в миг превратить весь мир в сплошную радиоактивную зону, приводит в ужас. К сожалению, эти опасения вполне обоснованы. Прежде всего тем, что создатели атомных реакторов в своей работе использовали не фундаментальные знания, а констатацию определенных математических зависимостей и поведения частиц, на основе которых строилась опасная ядерная конструкция . Для ученых до сих пор ядерные реакции представляют собой некий «черный ящик», который работает, при условии выполнения тех или иных действий и требований.

Однако, если в этом «ящике» что-либо начинает происходить и это «что-либо» не описано инструкцией и выходит за рамки полученных знаний, то мы кроме собственного героизма и неинтеллектуального труда ничего не можем противопоставить разыгравшейся ядерной стихии. Массы людей вынуждены просто смиренно ожидать надвигающуюся опасность, готовиться к страшным и непонятным последствиям, перемещаясь на безопасное, по их мнению, расстояние. Специалисты-атомщики в большинстве случаев лишь пожимают плечами, молясь и ожидая помощи от высших сил.

Японские атомщики, вооруженные самой современной технологией, до сих пор не могут обуздать давно обесточенную АЭС в Фукусиме. Они могут лишь констатировать, что 18 октября 2013 года уровень радиации в грунтовой воде превышал норму более чем в 2500 раз. Через сутки уровень радиоактивных веществ в воде увеличился почти в 12 000 раз! Почему?! Ни ответить на этот вопрос, ни остановить эти процессы японские специалисты пока не могут.

Риск создания атомной бомбы еще хоть как-то был оправдан. Напряженная военно-политическая обстановка на планете требовала от противоборствующих стран беспрецедентных мер защиты и нападения. Подчиняясь ситуации, исследователи-атомщики шли на риски, не вникая в тонкости структуры и функционирования элементарных частиц и атомных ядер.

Однако, в мирное время строительство атомных электростанций и коллайдеров всех типов должно было начинаться только при условии , что наука полностью разобралась и со строением ядра атома, и с электроном, и с нейтроном, и с протоном, и с их взаимосвязями. Тем более, что на АЭС ядерная реакция должна быть строго управляемой. Но реально и эффективно управлять можно лишь тем, что досконально знаешь. Особенно, если это касается самого мощного на сегодняшний день вида энергии, обуздать которую совсем не просто. Этого, конечно же, не происходит. Не только при строительстве АЭС.

В настоящее время в России, Китае, США и Европе функционируют 6 различных коллайдеров - мощных ускорителей встречных потоков частиц, которые разгоняют их до огромной скорости, придавая частицам высокую кинетическую энергию, чтобы, затем, столкнуть их друг с другом. Цель столкновения - изучение продуктов соударения частиц в надежде, что в процессе их распада можно будет увидеть нечто новое и до сих пор неизведанное.

Понятно, что исследователям очень интересно посмотреть, а что же из всего этого получится. Скорости столкновения частиц и уровень ассигнования научных разработок растут, но знания о структуре того, что сталкивается уже долгие-долгие годы остаются на прежнем уровне. Обоснованных прогнозов о результатах планируемых исследований до сих пор нет, да и не может быть. Не случайно. Мы же прекрасно понимаем, что научно прогнозировать можно только при условии точных и проверенных знаний хотя бы о деталях прогнозируемого процесса. Таких знаний об элементарных частицах у современной науки пока нет. В таком случае, можно полагать, что главным принципом существующих методов исследования становится положение: «Попробуем сделать - посмотрим, что получится». К сожалению.

Поэтому вполне закономерно, что сегодня все чаще и чаще обсуждаются вопросы, связанные с опасностью проводимых экспериментов. Дело даже не в возможности возникновения в ходе экспериментов микроскопических черных дыр, которые, разрастаясь, могут поглотить нашу планету. Я не очень верю в такую возможность, во всяком случае на сегодняшнем уровне и этапе своего интеллектуального развития.

Но есть более серьезная и более реальная опасность. К примеру, в Большом адронном коллайдере происходит столкновение потоков протонов или ионов свинца в различных конфигурациях. Казалось бы, какая угроза может исходить от микроскопической частицы, да еще и под землей, в туннеле, закованном в мощную металлическую и бетонную защиту? Частица массой в 1,672 621 777(74) х 10 -27 кг и солидный многотонный более чем 26-ти километровый туннель в толще тяжелого грунта - категории явно несопоставимые.

Однако, угроза существует. При проведении экспериментов, вполне вероятно неуправляемое высвобождение огромного количества энергии, которая появится не только в результате разрыва внутриядерных сил, но и энергии, находящейся внутри протонов или ионов свинца. Ядерный взрыв современной баллистической ракеты, основанный на высвобождении внутриядерной энергии атома, покажется не страшнее новогодней хлопушки по сравнению с той мощнейшей энергией, которая может освободиться при разрушении элементарных частиц. Мы совершенно неожиданно можем выпустить сказочного джина из бутылки. Но не того покладистого добряка и мастера на все руки, который только слушается и повинуется, а неуправляемого, всесильного и безжалостного монстра, не знающего пощады и милосердия. И он будет не сказочный, а вполне реальный.

Но самое страшное, что как и в ядерной бомбе, в коллайдере может начаться цепная реакция, освобождающая все новые и новые порции энергии и разрушающая все другие элементарные частицы. При этом, совершенно не важно, что из них будут состоять - металлические конструкции туннеля, бетонные стены или скальные породы. Энергия будет высвобождаться повсюду, разрывая все, что связано не только с нашей цивилизацией, а и со всей планетой. В один миг от нашей милой голубой красавицы могут остаться только жалкие бесформенные клочья, разлетающиеся по великим и необъятным просторам Вселенной.

Это, безусловно, ужасный, но вполне реальный сценарий и очень многие европейцы сегодня это прекрасно понимают и активно выступают против проведения опасных непредсказуемых экспериментов, требуя обеспечения безопасности планеты и цивилизации. Эти выступления с каждым разом носят все более и более организованный характер и увеличивают внутреннюю обеспокоенность сложившейся ситуацией.

Я не против экспериментов, так как прекрасно понимаю, что путь к новым знаниям всегда тернист и труден. Без проведения экспериментов преодолеть его практически невозможно. Однако, я глубоко убежден, что каждый эксперимент должен проводиться только в том случае, когда он безопасен для людей и окружающего мира. Сегодня уверенности в такой безопасности у нас нет. Нет, потому что нет знаний о тех частицах, с которыми мы сегодня уже экспериментируем.

Ситуация оказалась гораздо тревожнее, чем мне представлялась ранее. Не на шутку обеспокоившись, я с головой погрузился в мир знаний о микромире. Признаюсь, большого удовольствия это мне не доставило, так как в разработанных теориях микромира сложно было уловить четкую взаимосвязь между природными явлениями и выводами, на которых основывались некоторые ученые, применяя в качестве аппарата исследования теоретические положения квантовой физики, квантовой механики и теории элементарных частиц.

Каково же было мое изумление, когда я вдруг обнаружил, что знания о микромире основываются больше на предположениях, не имеющих под собой внятных логических обоснований. Насытив, математические модели некими условностями в виде постоянной Планка с константой, превышающей тридцать нулей после запятой, различными запретами и постулатами, теоретики, тем не менее, достаточно подробно и точно описа ли практические ситуации, отвечающие на вопрос: «Что получиться, если…?». Однако, главный вопрос: «А почему это происходит?», к сожалению, так и остался без ответа.

Мне казалось, что познать бескрайнюю Вселенную и ее столь далекие галактики, раскинувшиеся на фантастически огромном расстоянии, дело гораздо более сложное, чем найти путь познания к тому, что, по сути, «лежит у нас под ногами». Основываясь на фундаменте своего среднего и высшего образования, я искренне полагал, что у нашей цивилизации уже не возникает вопросов ни о строении атома и его ядра, ни об элементарных частицах и их структуре, ни о силах, удерживающих электрон на орбите и сохраняющих устойчивую связь протонов и нейтронов в ядре атома.

До этого момента мне не приходилось изучать основы квантовой физики, но я был уверен и наивно предполагал, что эта новая физика и является тем, что, действительно, выведет нас из темноты непонимания микромира.

Но, к моему глубокому огорчению, я заблуждался. Современная квантовая физика, физика атомного ядра и элементарных частиц, да и вся физика микромира, на мой взгляд, оказались не просто в плачевном состоянии. Они надолго застряли в интеллектуальном тупике, который не может позволить им развиваться и совершенствоваться, продвигаясь по пути познания атома и элементарных частиц.

Исследователи микромира, жестко ограниченные устоявшейся непоколебимостью мнений великих теоретиков ХIХ и ХХ веков, уже более ста лет не решаются вернуться к истокам и вновь начать нелегкий путь исследований в глубины нашего окружающего мира. Мой столь критичный взгляд на современную ситуацию вокруг изучения микромира далеко не единственен. Многие прогрессивные исследователи и теоретики уже не раз выражали свою точку зрения по поводу проблем, возникающих в ходе познания основ теории атомного ядра и элементарных частиц, квантовой физики и квантовой механики.

Анализ современной теоретической квантовой физики позволяет сделать вполне определенный вывод, что суть теории заключается в математическом представлении неких усредненных значений частиц и атомов, основанных на показателях некой механистической статистики. Главным в теории является не изучение элементарных частиц, их структуры, их связей и взаимодействий при проявлении тех или иных природных явлений, а упрощенные вероятностные математические модели, основанные на полученных в ходе экспериментов зависимостях.

К сожалению, и здесь, так же как и при разработке теории относительности на первое место поставили выведенные математические зависимости, которые затмили собой природу явлений, их взаимосвязь и причины возникновения.

Изучение структуры элементарных частиц ограничилось предположением наличия в протонах и нейтронах трех гипотетических кварков, разновидности которых по мере развития этого теоретического предположения менялись от двух, затем трех, четырех, шести, двенадцати… Наука просто подстраивалась под результаты экспериментов, вынуждено придумывая новые элементы, существование которых до сих пор не доказано. Здесь мы можем услышать и о пока так и не найденных преонах и гравитонах. Можно быть уверенным, что количество гипотетических частиц будет расти и дальше, по мере того как наука о микромире будет все глубже и глубже уходить в тупиковое состояние.

Отсутствие понимания физических процессов, происходящих внутри элементарных частиц и ядер атомов, механизма взаимодействия систем и элементов микромира выводило на арену современной науки гипотетические элементы - переносчики взаимодействия - типа калибровочных и векторных бозонов, глюонов, виртуальных фотонов. Именно они возглавили список сущностей, отвечающих за процессы взаимодействия одних частиц с другими. И не важно, что не обнаружены даже их косвенные признаки. Важно, что на них хоть как-то можно возложить ответственность за то, что ядро атома не разваливается на составляющие, что Луна не падает на Землю, что электроны пока еще вращаются по своей орбите, а магнитное поле планеты все еще защищает нас от космического воздействия.

От всего этого становилось грустно, так как, чем больше я углублялся в теории микромира, тем больше росло понимание тупикового развития важнейшей составляющей теории устройства мира. Положение сегодняшней науки о микромире не случайно, а закономерно. Дело в том, что основы квантовой физики были заложены лауреатами Нобелевских премий Максом Планком, Альбертом Эйнштейном, Нильсом Бором, Эрвином Шредингером, Вольфгангом Паули и Полем Дираком в конце девятнадцатого и начале двадцатого столетия. Ученые-физики в то время имели лишь результаты некоторых начальных экспериментов, направленных на исследование атомов и элементарных частиц. Однако, надо признать, что эти исследования проводились и на соответствующем тому времени, несовершенном оборудовании, да и экспериментальная база данных только начинала наполняться.

Поэтому неудивительно, что классическая физика не всегда могла ответить на многочисленные вопросы, которые возникали в ходе исследования микромира. Поэтому в начале двадцатого столетия в научном мире заговорили о кризисе физики и необходимости революционных преобразований в системе исследований микромира. Это положение, определенно, толкало прогрессивных ученых-теоретиков на поиск новых путей и новых методов познания микромира.

Проблема, надо отдать должное, все же была не в устаревших положениях классической физики, а в недостаточно развитой технической базе, которая в то время, что вполне понятно, не могла обеспечить получение необходимых результатов исследований и дать пищу для более глубоких теоретических разработок. Пробел нужно было заполнять. И его заполнили. Новой теорией - квантовой физикой, основанной, прежде всего, на вероятностных математических представлениях. В этом не было ничего плохого, за исключением того, что, при этом, позабыли философию и оторвались от реального мира.

Классические представления об атоме, электроне, протоне, нейтроне и т.д. были заменены их вероятностными моделями, которые отвечали определенному уровню развития науки и даже позволяли решать весьма сложные прикладные инженерные задачи. Отсутствие необходимой технической базы и некоторые успехи в теоретическом и экспериментальном представлении элементов и систем микромира создали условия для определенного охлаждения научного мира к глубокому изучению структуры элементарных частиц, атомов и их ядер. Тем более, что кризис физики микромира, казалось, был погашен, революция произошла. Научное сообщество с упоением устремилось к изучению квантовой физики, не удосужившись разобраться в основах элементарных и фундаментальных частиц.

Такое положение современной науки о микромире, естественно, не могло не взволновать меня, и я тут же начал готовиться к новой экспедиции, к новому путешествию. К путешествию в микромир. Подобное путешествие мы уже совершали. Это было первое путешествие в мир галактик, звезд и квазаров, в мир темной материи и темной энергии, в мир, где рождается и живет полноценной жизнью наша Вселенная. В своем отчете «Дыхание Вселенной. Путешествие первое » мы постарались разобраться с устройством Вселенной и с процессами, которые в ней происходят.

Понимая, что второе путешествие также будет не из легких и потребует в миллиарды триллионов раз уменьшить масштаб пространства, в котором придется изучать окружающий мир, я стал готовиться к проникновению не только в структуру атома или молекулы, но и в глубину электрона и протона, нейтрона и фотона, причем в объемы в миллионы раз меньше, чем объемы этих частиц. Это требовало особой подготовки, новых знаний и совершенного оборудования.

Предстоящее путешествие предполагало старт с самого начала создания нашего мира, и именно это начало было самым опасным и с самым непредсказуемым исходом. Но от нашей экспедиции зависело - найдем ли мы выход из сложившейся ситуации в науке о микромире или останемся балансировать на шатком веревочном мостике современной ядерной энергетики, ежесекундно подвергая смертельной опасности жизнь и существование цивилизации на планете.

Все дело в том, что для познания первоначальных результатов наших исследований необходимо было добраться до черной дыры Вселенной и, пренебрегая чувством самосохранения, броситься в пылающий ад вселенского туннеля. Только там, в условиях сверхвысоких температур и фантастического давления, осторожно продвигаясь в стремительно вращающихся потоках материальных частиц, мы могли бы увидеть как происходит аннигиляция частиц и античастиц и как возрождается великий и могучий родоначальник всего сущего - Эфир, понять все происходящие процессы, включая формирование частиц, атомов и молекул.

Поверьте, на Земле не так уж много смельчаков, способных решиться на это. Тем более, что результат никем не гарантирован и никто не готов взять на себя ответственность за благополучный исход этого путешествия. За время существования цивилизации никто не побывал даже в черной дыре галактики, а здесь - ВСЕЛЕННАЯ! Здесь все по-взрослому, грандиозно и космически масштабно. Здесь не шутят. Здесь в одно мгновение могут превратить человеческое тело в микроскопический раскаленный энергетический сгусток или рассеять его по бескрайним холодным просторам космоса без права восстановления и воссоединения. Это - Вселенная! Громадная и величавая, холодная и раскаленная, бескрайняя и загадочная…

Поэтому, приглашая всех желающих присоединиться к нашей экспедиции, вынужден предупредить, что если у кого-то есть сомнения, то еще не поздно отказаться. Причины принимаются любые. Мы полностью осознаем величину опасности, но готовы мужественно противостоять ей во что бы то ни стало! Мы готовимся к погружению в глубины Вселенной.

Понятно, что уберечься и остаться живым, погружаясь в раскаленный, заполненный мощнейшими взрывами и ядерными реакциями, вселенский туннель, дело далеко не простое, и наше оснащение должно соответствовать условиям, в которых нам придется работать. Поэтому крайне необходимо подготовить лучшее оборудование и внимательно до деталей продумать снаряжение для всех участников этой опасной экспедиции.

Прежде всего, во второе путешествие мы возьмем то, что позволило нам преодолеть очень непростой путь по просторам Вселенной, когда мы работали над отчетом о нашей экспедиции «Дыхание Вселенной. Путешествие первое». Конечно же, это законы устройства мира . Без их применения наше первое путешествие вряд ли могло бы закончиться успешно. Именно законы позволяли найти верный путь среди нагромождения непонятных явлений и сомнительных выводов исследователей по их объяснению.

Если вы помните, закон равновесия противоположностей, предопределяющий, что в мире любое проявление реальности, любая система имеет свою противоположную сущность и находится или стремится находиться с ней в равновесии, позволил нам понять и принять наличие в окружающем нас мире кроме обычной энергии еще и темную энергию, а также кроме обычной материи - темную материю. Закон равновесия противоположностей дал возможность предположить, что мир не только состоит из эфира, но и эфир состоит из двух его видов - позитивного и негативного.

Закон всеобщей взаимосвязи , подразумевающий устойчивую, повторяющуюся связь между всеми объектами, процессами и системами во Вселенной вне зависимости от их масштаба, и закон иерархии , упорядочивающий уровни любой системы во Вселенной от низшего к высшему, позволили выстроить логичную «лестницу существ» от эфира, частиц, атомов, веществ, звезд и галактик до Вселенной. А, затем, найти пути превращения невероятно огромного количества галактик, звезд, планет и других материальных объектов сначала в частицы, а, затем, в потоки раскаленного эфира.

Подтверждение этих взглядов мы нашли и в действии закона развития , определяющего эволюционное движение во всех сферах окружающего нас мира. Через анализ действия этих законов мы вышли на описание формы и понимание структуры Вселенной, мы познали эволюцию галактик, увидели механизмы формирования частиц и атомов, звезд и планет. Нам стало совершенно понятным, как из малого формируется большое, а из большого - малое.

Только понимание закона непрерывности движения , трактующего объективную необходимость процесса постоянного перемещения в пространстве для всех без исключения предметов и систем, позволило нам выйти на осознание вращения ядра Вселенной и галактик вокруг вселенского туннеля.

Законы устройства мира явились своеобразной картой нашего путешествия, которая помогла нам продвигаться по маршруту и преодолевать самые сложные его участки и препятствия, встречающиеся на пути к познанию мира. Поэтому законы устройства мира и в этом путешествии в глубины Вселенной будут важнейшим атрибутом нашего снаряжения.

Вторым важным условием успеха проникновения в глубины Вселенной, безусловно, будут результаты экспериментов ученых, которые они проводили на протяжении более чем ста лет, и весь запас знаний и информации о явлениях микромира , накопленный современной наукой. В ходе первого путешествия мы убедились, что многие явления природы можно интерпретировать по-разному и делать совершенно противоположные выводы.

Неправильные выводы, подкрепляемые громоздкими математическими формулами, как правило, заводят науку в тупик и не обеспечивают необходимого развития. Они закладывают основу для дальнейших ошибочных размышлений, которые, в свою очередь, формируют теоретические положения разрабатываемых ошибочных теорий. Дело не формулах. Формулы могут быть абсолютно правильными. А вот решения исследователей о том, как и по какому пути продвигаться, могут оказаться не совсем верными.

Ситуацию можно сравнить с желанием добраться из Парижа до аэропорта имени Ш. Де Голля по двум дорогам. Первая - кратчайшая, на которую можно потратить не более получаса, используя только автомобиль, а вторая - прямо противоположная, вокруг света на автомобиле, корабле, специальной технике, лодках, собачьих упряжках через всю Францию, Атлантику, Южную Америку, Антарктиду, Тихий океан, Арктику и, наконец, через северо-восток Франции прямо в аэропорт. И та, и другая дороги приведут нас из одной точки в одно и то же место. Но за какое время и с какими усилиями? Да, и соблюсти точность и выйти в пункт назначения в процессе длинного и трудного пути, весьма, проблематично. Поэтому важен не только процесс передвижения, но и выбор верного пути.

В нашем путешествии мы так же как и в первой экспедиции попробуем несколько по иному посмотреть на выводы о микромире, которые уже сделаны и приняты всем научным миром. Прежде всего, в отношении знаний, полученных в результате изучения элементарных частиц, ядерных реакций и существующих взаимодействий. Вполне возможно, что в результате нашего погружения в глубины Вселенной электрон предстанет перед нами не бесструктурной частицей, а неким более сложным объектом микромира, а ядро атома раскроет свою многообразную структуру, живущую своей необычной и активной жизнью.

Не забудем взять с собой и логику. Она позволяла нам найти путь в самых сложных местах нашего прошлого путешествия. Логика была своеобразным компасом, указывающем направление правильного пути в путешествии по просторам Вселенной. Понятно, что и сейчас нам без нее не обойтись.

Однако, одной логики будет явно мало. В этой экспедиции нам не обойтись и без интуиции. Интуиция позволит нам находить то, о чем мы пока не можем даже догадываться, и там, где до нас никто и ничего не искал. Именно интуиция - наш замечательный помощник, к голосу которого мы будем внимательно прислушиваться. Интуиция заставит нас двигаться, не взирая на дождь и холод, на снег и мороз, без твердой надежды и четкой информации, но, именно она, позволит достичь поставленной цели вопреки всем правилам и указаниям, к которым уже со школьной скамьи привыкло все человечество.

Наконец, мы никуда не сможем двинуться без нашего никем необузданного воображения. Воображение - это тот необходимый нам инструмент познания, который позволит без самых современных микроскопов увидеть то, что гораздо меньше самых маленьких частиц, уже обнаруженных или только предполагаемых исследователями. Воображение продемонстрирует нам все процессы, происходящие в черной дыре и во вселенском туннеле, предоставит механизмы возникновения гравитационных сил при формировании частиц и атомов, проведет по галереям ядра атома и даст возможность совершить увлекательный полет на легком вращающемся электроне вокруг солидной, но неповоротливой компании протонов и нейтронов в атомном ядре.

К сожалению, в это путешествие в глубины Вселенной мы больше ничего взять не сможем - места совсем мало и приходится ограничивать себя даже в самом необходимом. Но это нас не может остановить! Цель нам понятна! Глубины Вселенной ждут нас!

В физике элементарными частицами называли физические объекты в масштабах ядра атома, которые невозможно разделить на составные части. Однако, на сегодня, ученым все же удалось расщепить некоторые из них. Структуру и свойства этих мельчайших объектов изучает физика элементарных частиц.

О наименьших частицах, составляющих всю материю, было известно еще в древности. Однако, основоположниками так званого «атомизма» принято считать философа Древней Греции Левкиппа и его более известного ученика — Демокрита. Предполагается, что второй и ввел термин «атом». С древнегреческого «atomos» переводится как «неделимый», что определяет взгляды древних философов.

Позднее стало известно, что атом все же можно разделить на два физических объекта – ядро и электрон. Последний впоследствии и стал первой элементарной частицей, когда в 1897-м году англичанин Джозеф Томсон провел эксперимент с катодными лучами и выявил, что они представляют собой поток одинаковых частиц с одинаковыми массой и зарядом.

Параллельно с работами Томсона, занимающийся исследованием рентгеновского излучения Анри Беккерель проводит опыты с ураном и открывает новый вид излучения. В 1898 году французская пара физиков – Мария и Пьер Кюри изучают различные радиоактивные вещества, обнаруживая то же самое радиоактивное излучение. Позже будет установлено, что оно состоит из альфа (2 протона и 2 нейтрона) и бета-частиц (электроны), а Беккерель и Кюри получат Нобелевскую премию. Проводя свои исследования с такими элементами как уран, радий и полоний, Мария Склодовская-Кюри не предпринимала никаких мер безопасности, в том числе не использовала даже перчатки. Как следствие в 1934 году ее настигла лейкемия. В память о достижениях великого ученого, открытый парой Кюри элемент, полоний, был назван в честь родины Марии – Polonia, с латинского – Польша.

Фотография с V Сольвеевского конгресса 1927 год. Попробуйте найди всех ученых из этой статьи на данном фото.

Начиная с 1905-го года, Альберт Эйнштейн посвящает свои публикации несовершенству волновой теории света, постулаты которой расходились с результатами экспериментов. Что впоследствии привело выдающегося физика к идее о «световом кванте» — порции света. Позже, в 1926-м году, он был назван как «фотон», в переводе с греческого «phos» («свет»), американским физиохимиком — Гилбертом Н. Льюисом.

В 1913 году Эрнест Резерфорд, британский физик, основываясь на результатах уже проведенных на то время экспериментов, отметил, что массы ядер многих химических элементов кратны массе ядра водорода. Поэтому он предположил, что ядро водорода является составляющей ядер других элементов. В своем эксперименте Резерфорд облучал альфа-частицами атом азота, который в результате излучил некую частицу, названную Эрнестом как «протон», с др. греческого «протос» (первый, основной). Позже было экспериментально подтверждено, что протон – это ядро водорода.

Очевидно, протон, не единственная составная часть ядер химических элементов. К такой мысли приводит тот факт, что два протона в ядре отталкивались бы, и атом мгновенно распадался. Поэтому Резерфорд выдвинул гипотезу о наличии еще одной частицы, которая имеет массу, равную массе протона, но является незаряженной. Некоторые опыты ученых по взаимодействию радиоактивных и более легких элементов, привели их к открытию еще одного нового излучения. В 1932-м году Джеймс Чедвик определил, что оно состоит из тех самых нейтральных частиц, которые назвал нейтронами.

Таким образом, были открыты наиболее известные частицы: фотон, электрон, протон и нейтрон.

Далее открытия новых субъядерных объектов становились все более частым событием, и на данный момент известно около 350 частиц, которые принято полагать «элементарными». Те из них, которые до сих пор не удалось расщепить, считаются бесструктурными и называются «фундаментальными».

Что такое спин?

Прежде чем переходить к дальнейшим инновациям в области физики, следует определиться с характеристиками всех частиц. К наиболее известным, не считая массы и электрического заряда, относится также и спин. Данная величина называется иначе как «собственный момент импульса» и никоим образом не связана с перемещением субъядерного объекта как целого. Ученым удалось обнаружить частицы со спином 0, ½, 1, 3/2 и 2. Чтобы представить наглядно, хоть и упрощенно, спин, как свойство объекта, рассмотрим следующий пример.

Пусть у предмета имеется спин равный 1. Тогда такой объект при повороте на 360 градусов возвратится в исходное положение. На плоскости этим предметом может быть карандаш, который после разворота на 360 градусов окажется в исходном положении. В случае с нулевым спином, при любом вращении объекта он будет выглядеть всегда одинаково, к примеру, одноцветный мячик.

Для спина ½ потребуется предмет, сохраняющий свой вид при развороте на 180 градусов. Им может быть все тот же карандаш, только симметрично наточенный с обеих сторон. Спин равный 2 потребует сохранения формы при повороте на 720 градусов, а 3/2 – 540.

Данная характеристика имеет очень большое значение для физики элементарных частиц.

Стандартная модель частиц и взаимодействий

Имея внушительный набор микрообъектов, составляющих окружающий мир, ученые решили их структурировать, так образовалась известная всем теоретическая конструкция под названием «Стандартная модель». Она описывает три взаимодействия и 61 частицу при помощи 17-ти фундаментальных, некоторые из которых были ею предсказаны задолго до открытия.

Три взаимодействия таковы:

• Электромагнитное. Оно происходит между электрически заряженными частицами. В простом случае, известном со школы, — разноименно заряженные объекты притягиваются, а одноименно – отталкиваются. Происходит это посредством, так называемого переносчика электромагнитного взаимодействия – фотона.
• Сильное, иначе – ядерное взаимодействие. Как ясно из названия, его действие распространяется на объекты порядка ядра атома, оно отвечает за притяжение протонов, нейтронов и прочих частиц, также состоящих из кварков. Сильное взаимодействие переносится при помощи глюонов.
• Слабое. Действует на расстояниях в тысячу меньших размера ядра. В таком взаимодействии принимают участия лептоны и кварки, а также их античастицы. При этом в случае слабого взаимодействия они могут перевоплощаться друг в друга. Переносчиками являются бозоны W+, W− и Z0.

Так Стандартная модель сформировалась следующим образом. Она включает шесть кварков, из которых состоят все адроны (частицы, подверженные сильному взаимодействию):

• Верхний (u);
• Очарованный (c);
• Истинный (t);
• Нижний (d);
• Странный (s);
• Прелестный (b).

Видно, что эпитетов физикам не занимать. Другие 6 частиц – лептоны. Это фундаментальные частицы со спином ½, которые не принимают участие в сильном взаимодействии.

• Электрон;
• Электронное нейтрино;
• Мюон;
• Мюонное нейтрино;
• Тау-лептон;
• Тау-нейтрино.

А третьей группой Стандартной модели являются калибровочные бозоны, которые имеют спин равный 1 и представляются переносчиками взаимодействий:

• Глюон – сильное;
• Фотон – электромагнитное;
• Z-бозон — слабое;
• W-бозон – слабое.

К ним также относится и недавно обнаруженный , частица со спином 0, которая, упрощенно говоря, наделяет все другие субъядерные объекты инертной массой.

В результате, согласно Стандартной модели, наш мир выглядит таким образом: все вещество состоит из 6 кварков, образующих адроны, и 6 лептонов; все эти частицы могут участвовать в трех взаимодействиях, переносчиками которых являются калибровочные бозоны.

Недостатки Стандартной модели

Однако, еще до открытия бозона Хиггса – последней частицы, предсказываемой Стандартной моделью, ученые вышли за ее пределы. Ярким примером тому есть т.н. «гравитационное взаимодействие», которое сегодня находится наравне с другими. Предположительно, переносчиком его есть частица со спином 2, которая не имеет массы, и которую физикам еще не удалось обнаружить — «гравитон».

Мало того, Стандартная модель описывает 61 частицу, а на сегодняшний день человечеству известно уже более 350 частиц. Это означает, что на достигнутом работа физиков-теоретиков не окончена.

Классификация частиц

Чтобы упростить себе жизнь, физики сгруппировали все частицы в зависимости от особенностей их строения и прочих характеристик. Классификация бывает по следующим признакам:

• Время жизни.
  1. Стабильные. В их числе протон и антипротон, электрон и позитрон, фотон, а также гравитон. Существование стабильных частиц не ограничено временем, до тех пор, пока они находятся в свободном состоянии, т.е. не взаимодействуют с чем-либо.
  2. Нестабильные. Все остальные частицы спустя некоторое время распадаются на свои составные части, потому называются нестабильными. Например, мюон живет всего лишь 2,2 микросекунды, а протон — 2,9 10*29 лет, после чего может распасться на позитрон и нейтральный пион.
• Масса.
  1. Безмассовые элементарные частицы, которых всего три: фотон, глюон и гравитон.
  2. Массивные частицы – все остальные.
• Значение спина.
  1. Целый спин, в т.ч. нулевой, имеют частицы, которые называются бозоны.
  2. Частицы с полуцелым спином — фермионы.
• Участие во взаимодействиях.
  1. Адроны (структурные частицы) – субъядерные объекты, что принимают участие во всех четырех типах взаимодействий. Ранее упоминалось, что они складываются с кварков. Адроны делятся на два подтипа: мезоны (целый спин, являются бозонами) и барионы (полуцелый спин — фермионы).
  2. Фундаментальные (бесструктурные частицы). К ним относятся лептоны, кварки и калибровочные бозоны (читайте ранее – «Стандартная модель..»).

Ознакомившись с классификацией всех частиц, можно, к примеру, точно определить некоторые из них. Так нейтрон является фермионом, адроном, а точнее барионом, и нуклоном, то есть имеет полуцелый спин, состоит из кварков и участвует в 4-х взаимодействиях. Нуклон же – это общее название для протонов и нейтронов.

• Интересно, что противники атомизма Демокрита, который предсказывал существование атомов, заявляли, что любое вещество в мире делится до бесконечности. В какой-то мере они могут оказаться правыми, так как ученым уже удалось разделить атом на ядро и электрон, ядро на протон и нейтрон, а их в свою очередь на кварки.
• Демокрит предполагал, что атомы имеют четкую геометрическую форму, и потому «острые» атомы огня – обжигают, шершавые атомы твердых тел крепко скрепляются своими выступами, а гладкие атомы воды проскальзывают при взаимодействии, иначе – текут.
• Джозеф Томсон составил собственную модель атома, который представлялся ему как положительно заряженное тело, в которое как бы «воткнуты» электроны. Его модель получила название «пудинг с изюмом» (Plum pudding model).
• Кварки получили свое название благодаря американскому физику Мюррею Гелл-Манну. Ученый хотел использовать слово, похожее на звук кряканья утки (kwork). Но в романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану» встретил слово «quark», в строке «Три кварка для мистера Марка!», смысл которого точно не определен и возможно, что Джойс использовал его просто для рифмы. Мюррей решил назвать частицы этим словом, так как на то время было известно лишь три кварка.
• Хотя фотоны, частицы света, являются безмассовыми, вблизи черной дыры, кажется, что они меняют свою траекторию, притягиваясь к ней при помощи гравитационного взаимодействия. На самом же деле сверхмассивное тело искривляет пространство-время, из-за чего любые частицы, в том числе и не имеющие массы, меняют свою траекторию в сторону черной дыры (см. ).
• Большой адронный коллайдер именно потому «адронный», что сталкивает два направленных пучка адронов, частиц размерами порядка ядра атома, которые участвуют во всех взаимодействиях.