Ответ на этот вопрос также дает теория Дирака, и этот ответ понятен каждому, кто играет в гольф. Если, поставив шар на травяное поле, вы ударите по нему слишком сильно, то шар не попадет в лунку, даже если вы точно прицелились. Произойдет нечто иное: быстро движущийся шар просто перепрыгнет через лунку и покатится дальше. Точно так же быстро движущийся позитрон не попадет в дырку Дирака, покуда его скорость существенно не уменьшится. Поэтому позитрон имеет большую вероятность аннигилировать в конце траектории, когда столкновения с другими частицами по дороге основательно замедлят его. И, как показывают тщательные наблюдения, излучение, сопровождающее любой процесс аннигиляции, действительно обнаруживается в конце траектории позитрона. В этом — еще одно подтверждение теории Дирака.
Нам остается еще обсудить два общих вопроса. До сих пор я рассматривал отрицательно заряженные электроны как лишние брызги переполненного океана Дирака, а позитроны — как дырки в нем. Но вполне допустима и противоположная точка зрения, согласно которой обычные электроны надлежит рассматривать как дырки, а позитроны — как выброшенные частицы. Для этого нам необходимо лишь предположить, что океан Дирака не переполняется, а, наоборот, всегда испытывает недостаток частиц. В этом случае распределение Дирака можно наглядно представить как нечто напоминающее кусок швейцарского сыра с множеством дыр в нем. Из-за общей нехватки частиц дырки будут существовать всегда, и даже если какая-нибудь частица окажется выброшенной из распределения, она вскоре снова упадет в одну из дырок. Следует сказать, однако, что как с физической, так и с математической точки зрения обе картины абсолютно эквивалентны, и поэтому совершенно безразлично, какой из картин мы отдадим предпочтение.
Второе замечание можно сформулировать в виде следующего вопроса: «Если в той части Вселенной, где мы обитаем, существует явное численное преобладание отрицательно заряженных электронов, то можно ли предположить, что где-то в другой части Вселенной численное преимущество наблюдается за положительно заряженными электронами?» Иначе говоря, компенсируется ли переполнение океана Дирака в нашей окрестности недостатком отрицательно заряженных электронов где-то в другом месте?
Ответить на этот чрезвычайно интересный вопрос очень трудно. Действительно, так как атомы, состоящие из положительно заряженных электронов, которые обращаются вокруг отрицательно заряженного ядра, давали бы такие же оптические картины, как и обычные атомы, не существует способа ответить на этот вопрос с помощью спектроскопических наблюдений. Судя по всему, что мы знаем, вполне возможно, что образование вещества где-нибудь в Туманности Андромеды происходит «наоборот» по отношению к привычной для нас схеме, но единственный способ подтвердить или опровергнуть подобную догадку состоит в том, чтобы раздобыть кусочек того вещества и проверить, не аннигилирует ли оно при соприкосновении с земным веществом. Разумеется, в случае аннигиляции последует ужасный взрыв! В последнее время стали поговаривать о том, что некоторые метеориты, взорвавшиеся при вхождении в земную атмосферу, возможно, состояли из такого «перевернутого» вещества, но я не думаю, чтобы подобные разговоры следовало принимать всерьез. Не исключено, что вопрос о переполнении океана Дирака в одних частях Вселенной и нехватке частиц в других ее частях навсегда останется без ответа.
Глава 15
Мистер Томпкинс знакомится с японской кухней
Однажды Мод отправилась на выходной навестить тетушку в Йоркшире, и мистер Томпкинс пригласил профессора отобедать с ним в знаменитом японском ресторане. Расположившись на мягких подушках за низким столиком, они пробовали деликатесы японской кухни и потягивали из чашечек сакэ.
— Скажите, пожалуйста, — обратился к профессору мистер Томпкинс, — доктор Таллеркин упомянул в своей лекции, что протоны и нейтроны удерживаются в ядре особыми силами сцепления. Это те самые силы, которые удерживают электроны в атоме?
— О, нет! — возразил профессор. — Ядерные силы представляют собой нечто совершенно другое. Атомные электроны притягиваются к ядру обычными электростатическими силами, впервые подробно исследованными французским физиком Шарлем Опостеном де Кулоном в конце XVIII века. Это сравнительно слабые силы, убывающие обратно пропорционально квадрату расстояния от центра. Ядерные силы имеют совершенно иную природу. Когда протон и нейтрон сближаются вплотную, но не соприкасаются, то между ними ядерные силы практически не действуют. Но как только частицы входят в прямой контакт, между ними возникает необычайно мощная сила, которая удерживает их вместе. В этом смысле протон и нейтрон напоминают два кусочка липкой ленты, которые не притягивают друг друга даже на малых расстояниях, но становятся неразлучными, как братья, стоит лишь им соприкоснуться. Физики назвали силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, сильным взаимодействием . Эти силы не зависят от электрического заряда двух частиц и с одинаковой интенсивностью действуют и между двумя нейтронами, и между протоном и нейтроном, и между двумя протонами.
— Существуют ли какие-нибудь теории, объясняющие сильное взаимодействие? — спросил мистер Томпкинс.
— Существуют. В начале 30-х годов японский физик Хидеки Юкава высказал гипотезу о том, что сильное взаимодействие обусловлено обменом какой-то неизвестной частицей между двумя нуклонами (нуклон — это собирательное название протона и нейтрона). Когда два нуклона сближаются, между ними туда и обратно начинают прыгать какие-то загадочные частицы, что и приводит к возникновению сильной связи, удерживающей нуклоны вместе. Юкаве удалось теоретически оценить массу гипотетических частиц. Оказалось, что она примерно в 200 раз больше массы электрона, или примерно в 10 раз меньше массы протона или нейтрона. Такие частицы получили название мезатронов. Но отец Вернера Гейзенберга, бывший профессором классических языков, возразил против столь грубого нарушения древнегреческого языка. Дело в том, что название электрон происходит от греческого ???????? (янтарь), а название протон происходит от греческого ?????? (первый). Название же частицы Юкавы было образовано от греческого ????? (середина), в котором нет буквы ?. Выступив на Международной конференции физиков, Гейзенберг-отец предложил заменить название мезатрон на мезон. Некоторые французские физики возражали потому, что несмотря на другое написание новое название звучит, как французское слово maison (дом, домашний очаг). Однако их доводы не были приняты во внимание коллегами из других стран, и новый термин прочно укоренился в ядерной физике. Но взгляните на сцену. Сейчас нам покажут мезонное представление!
Действительно, на сцене появились шесть гейш, которые начали играть в бильбоке: в каждой руке у гейш было по чашке и они ловко перебрасывали шарик из одной чашки в другую и обратно. Между тем на заднем плане появился мужчина и запел:
For a meson I received the Nobel Prize,
An achievement I prefer to minimize.
Lambda zero, Yokohama,
Eta keon, Fujiyama —
For a meson I received the Nobel Prize.
They proposed to call it Yukon in Japan,
I demurred, for I'm a very modest man.
Lambda zero, Yokohama,
Eta keon, Fujiyama —
They proposed to call it Yukon in Japan.
(За мезон я получил Нобелевскую премию,
Но хотел бы, чтобы об этом поменьше шумели.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Нам остается еще обсудить два общих вопроса. До сих пор я рассматривал отрицательно заряженные электроны как лишние брызги переполненного океана Дирака, а позитроны — как дырки в нем. Но вполне допустима и противоположная точка зрения, согласно которой обычные электроны надлежит рассматривать как дырки, а позитроны — как выброшенные частицы. Для этого нам необходимо лишь предположить, что океан Дирака не переполняется, а, наоборот, всегда испытывает недостаток частиц. В этом случае распределение Дирака можно наглядно представить как нечто напоминающее кусок швейцарского сыра с множеством дыр в нем. Из-за общей нехватки частиц дырки будут существовать всегда, и даже если какая-нибудь частица окажется выброшенной из распределения, она вскоре снова упадет в одну из дырок. Следует сказать, однако, что как с физической, так и с математической точки зрения обе картины абсолютно эквивалентны, и поэтому совершенно безразлично, какой из картин мы отдадим предпочтение.
Второе замечание можно сформулировать в виде следующего вопроса: «Если в той части Вселенной, где мы обитаем, существует явное численное преобладание отрицательно заряженных электронов, то можно ли предположить, что где-то в другой части Вселенной численное преимущество наблюдается за положительно заряженными электронами?» Иначе говоря, компенсируется ли переполнение океана Дирака в нашей окрестности недостатком отрицательно заряженных электронов где-то в другом месте?
Ответить на этот чрезвычайно интересный вопрос очень трудно. Действительно, так как атомы, состоящие из положительно заряженных электронов, которые обращаются вокруг отрицательно заряженного ядра, давали бы такие же оптические картины, как и обычные атомы, не существует способа ответить на этот вопрос с помощью спектроскопических наблюдений. Судя по всему, что мы знаем, вполне возможно, что образование вещества где-нибудь в Туманности Андромеды происходит «наоборот» по отношению к привычной для нас схеме, но единственный способ подтвердить или опровергнуть подобную догадку состоит в том, чтобы раздобыть кусочек того вещества и проверить, не аннигилирует ли оно при соприкосновении с земным веществом. Разумеется, в случае аннигиляции последует ужасный взрыв! В последнее время стали поговаривать о том, что некоторые метеориты, взорвавшиеся при вхождении в земную атмосферу, возможно, состояли из такого «перевернутого» вещества, но я не думаю, чтобы подобные разговоры следовало принимать всерьез. Не исключено, что вопрос о переполнении океана Дирака в одних частях Вселенной и нехватке частиц в других ее частях навсегда останется без ответа.
Глава 15
Мистер Томпкинс знакомится с японской кухней
Однажды Мод отправилась на выходной навестить тетушку в Йоркшире, и мистер Томпкинс пригласил профессора отобедать с ним в знаменитом японском ресторане. Расположившись на мягких подушках за низким столиком, они пробовали деликатесы японской кухни и потягивали из чашечек сакэ.
— Скажите, пожалуйста, — обратился к профессору мистер Томпкинс, — доктор Таллеркин упомянул в своей лекции, что протоны и нейтроны удерживаются в ядре особыми силами сцепления. Это те самые силы, которые удерживают электроны в атоме?
— О, нет! — возразил профессор. — Ядерные силы представляют собой нечто совершенно другое. Атомные электроны притягиваются к ядру обычными электростатическими силами, впервые подробно исследованными французским физиком Шарлем Опостеном де Кулоном в конце XVIII века. Это сравнительно слабые силы, убывающие обратно пропорционально квадрату расстояния от центра. Ядерные силы имеют совершенно иную природу. Когда протон и нейтрон сближаются вплотную, но не соприкасаются, то между ними ядерные силы практически не действуют. Но как только частицы входят в прямой контакт, между ними возникает необычайно мощная сила, которая удерживает их вместе. В этом смысле протон и нейтрон напоминают два кусочка липкой ленты, которые не притягивают друг друга даже на малых расстояниях, но становятся неразлучными, как братья, стоит лишь им соприкоснуться. Физики назвали силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, сильным взаимодействием . Эти силы не зависят от электрического заряда двух частиц и с одинаковой интенсивностью действуют и между двумя нейтронами, и между протоном и нейтроном, и между двумя протонами.
— Существуют ли какие-нибудь теории, объясняющие сильное взаимодействие? — спросил мистер Томпкинс.
— Существуют. В начале 30-х годов японский физик Хидеки Юкава высказал гипотезу о том, что сильное взаимодействие обусловлено обменом какой-то неизвестной частицей между двумя нуклонами (нуклон — это собирательное название протона и нейтрона). Когда два нуклона сближаются, между ними туда и обратно начинают прыгать какие-то загадочные частицы, что и приводит к возникновению сильной связи, удерживающей нуклоны вместе. Юкаве удалось теоретически оценить массу гипотетических частиц. Оказалось, что она примерно в 200 раз больше массы электрона, или примерно в 10 раз меньше массы протона или нейтрона. Такие частицы получили название мезатронов. Но отец Вернера Гейзенберга, бывший профессором классических языков, возразил против столь грубого нарушения древнегреческого языка. Дело в том, что название электрон происходит от греческого ???????? (янтарь), а название протон происходит от греческого ?????? (первый). Название же частицы Юкавы было образовано от греческого ????? (середина), в котором нет буквы ?. Выступив на Международной конференции физиков, Гейзенберг-отец предложил заменить название мезатрон на мезон. Некоторые французские физики возражали потому, что несмотря на другое написание новое название звучит, как французское слово maison (дом, домашний очаг). Однако их доводы не были приняты во внимание коллегами из других стран, и новый термин прочно укоренился в ядерной физике. Но взгляните на сцену. Сейчас нам покажут мезонное представление!
Действительно, на сцене появились шесть гейш, которые начали играть в бильбоке: в каждой руке у гейш было по чашке и они ловко перебрасывали шарик из одной чашки в другую и обратно. Между тем на заднем плане появился мужчина и запел:
For a meson I received the Nobel Prize,
An achievement I prefer to minimize.
Lambda zero, Yokohama,
Eta keon, Fujiyama —
For a meson I received the Nobel Prize.
They proposed to call it Yukon in Japan,
I demurred, for I'm a very modest man.
Lambda zero, Yokohama,
Eta keon, Fujiyama —
They proposed to call it Yukon in Japan.
(За мезон я получил Нобелевскую премию,
Но хотел бы, чтобы об этом поменьше шумели.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47