Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики - [289]
Аннигиляция вещества
Электрон является стабильной частицей. Это означает, что самопроизвольно никаких изменений в нем не происходит. Согласно закону сохранения электрического заряда общий заряд остается неизменным. Электрон является самой малой частицей с отрицательным зарядом, и ученые предполагают, что меньшей отрицательной частицы, скорее всего, не существует. Распадаясь, электрон должен стать частицей с еще меньшей массой, а в этом случае для электрического заряда, так сказать, просто не останется места, поэтому электроны и не распадаются.
Это же утверждение относится и к позитрону, являющемуся самой малой частицей с положительным зарядом, который ей некуда девать в случае распада. Поэтому позитрон также считается стабильной частицей, и, если бы во Вселенной были одни лишь позитроны, они существовали бы вечно.
Однако позитрон вовсе не единственная частица во Вселенной. Позитроны образуются в мире, где электроны превосходят их по количеству. При обычных земных условиях не проходит и одной миллионной доли секунды, как позитрон сталкивается с электроном. Что же в этом случае происходит?
Сумма зарядов позитрона и электрона равна нулю. Значит, они могут слиться и нейтрализовать заряды друг друга. Кроме того, они компенсируют и массу друг друга. Такой процесс называется взаимной аннигиляцией. Но это не является аннигиляцией в чистом виде, так как согласно закону сохранения массы и энергии что-то все-таки остается, несмотря на нейтрализацию зарядов. Если пропадает масса электрона и позитрона, значит, должно выделиться соответствующее количество энергии.
Общая масса электрона и позитрона равна 1,822∙10>–27 граммов. По формуле Эйнштейна e = mc>2(см. ч. II) энергетический эквивалент массы этих двух частиц равен 1,64∙10>–6 эрг, или 1,02 Мэв.
Нельзя забывать и о других законах сохранения, имеющих силу при данном преобразовании массы в энергию. Например, закон сохранения углового момента (см. ч. 1) определяет спин.
Спин протона может принимать значение либо +1, либо –1. Если в результате взаимной аннигиляции электрона и позитрона образуется протон, энергия которого равна 1,02 Мэв (протон гамма-луча), то, предположив, что спин у электрона и позитрона одинаков, значение этого спина должно равняться ½. Если их спин равен +½, то образуется фотон со спином +1, а если их спин равен –½, то образуется фотон со спином –1.
Сложность заключается в том, что нужно соблюдать и закон сохранения количества движения (см. ч. I). Если общий импульс системы позитрон — электрон по отношению к окружающим объектам равен нулю, тогда единственный образующийся фотон не сможет сдвинуться с места. Но так как фотон должен двигаться, да еще и со скоростью света, значит, образуются несколько фотонов.
Вместо одного протона образуются три протона, по 0,34 Мэв каждый (они также являются гамма-лучами). Они появляются одновременно и разлетаются в разные стороны под углом 60°. Если спины протонов равны +1, +1 и –1, то и общий спин равен +1, а если -1, –1 и +1, то –1. И в том и в другом случае законы сохранения углового момента и импульса не нарушаются.
Если спины электрона и позитрона имеют одинаковое направление (то есть и у электрона, и у позитрона спин положителен либо отрицателен), то могут образоваться только три протона, но никак не два. Общий спин двух фотонов может быть равен 0 (+1 и –1), +2 (+1 и +1) или -2 (–1 и –1), в то время как общий спин электрона и позитрона может быть равен лишь +1 (+½ и + ½) или –1 (–½ и –½). В данном случае закон сохранения углового момента не соблюдается.
С другой стороны, если спины электрона и позитрона имеют разное направление (+½ и –½), то они могут образовать два фотона (+1 и –1), так как угловой момент в обоих случаях равен 0, то есть закон сохранения углового момента соблюдается. Два протона являются гамма-лучами мощностью 0,51 Мэв, которые разлетаются в противоположном друг от друга направлении, то есть соблюдается и закон сохранения импульса.
Я так подробно рассказываю об этом, чтобы показать, как физики с помощью законов сохранения определяли, что на субатомном уровне происходить может, а что не может. Они основывались на утверждении, что любое «ядерное» явление, если оно может произойти, произойдет обязательно, нужно лишь достаточно долго ждать и пристально наблюдать. Поэтому, если какое-то явление не происходит, несмотря на долгие и сложные исследования, однако оно не «запрещено» ни одним из законов сохранения, значит, нужно вывести новый закон. С другой стороны, если вопреки какому-либо закону явление все же происходит, значит, этот закон действителен только в определенных условиях и нужно вывести более общую формулу.
Было обнаружено, что при взаимной аннигиляции электронов и позитронов выделяются гамма-лучи, энергия которых в точности соответствует расчетной. Это — одно из самых красивых доказательств верности специальной теории относительности Эйнштейна, частью которой является формула e = mc>2.
Должен существовать и обратный процесс. Энергия должна каким-то образом переходить в массу. Энергия не может образовать электрон или позитрон, так как неоткуда взяться заряду. Нельзя создать и лишь один положительный или отрицательный заряд.
В эту книгу вошли три произведения Айзека Азимова, по праву признанные классикой НФ-литературы XX столетия. В романе «Конец вечности» повествуется о некой вневременной структуре, носящей название «Вечность», в которую входят специально обученные и отобранные люди из разных столетий. Задачей «Вечности» является корректировка судьбы человечества. В «Немезиде» речь ведётся об одноименной звезде, прячущейся за пыльной тучей на полдороге от Солнца до альфы Центавра. Человечеству грозит гибель, и единственный выход — освоение планеты Эритро, вращающейся вокруг Немезиды.
Роман в новеллах «Я, робот» относится к одной из самых важных работ в истории фантастики. Сформулированные Азимовым ТРИ ЗАКОНА РОБОТЕХНИКИ легли в основу науки об Искусственном интеллекте. Что случится, если робот начнет задавать вопросы своему создателю? Какие будут последствия программирования чувства юмора? Или возможности лгать? Где мы тогда сможем провести истинную границу между человеком и машиной? В «Я, робот» Азимов устанавливает свои Три Закона, придуманные для защиты людей от их собственных созданий, – и сам же выходит за рамки этих законов.
…Империя с высочайшим уровнем цивилизации. Ее влияние и власть распространены на десятки миллионов звездных систем Галактики. Ничто не предрекает ее краха в обозримом будущем…И вот однажды психоисторик Хари Сэлдон, создав математическую модель Империи, производит расчеты, которые неопровержимо доказывают, что через 500 лет Империя рухнет…Великий распад будет продолжаться 30 тысяч лет и сопровождаться периодом застоя и варварства. Однако Сэлдон создает План, в соответствии с которым появление новой Империи наступит всего через 1000 лет.
Из 1949 года Джозеф Шварц попадает в мир далёкого будущего – периода расцвета Галактической Империи. В результате древних термоядерных войн поверхность Земли стала радиоактивной и непригодной для жизни. В то же время люди расселились по всей Галактике и забыли о своей колыбели. Земля всего лишь камешек в небе. Ныне всё человечество живёт под управлением планеты Трантор, контролирующей двести миллионов звезд. Но на Земле ещё живы националистические настроения, некоторые земляне хотят вернуть себе власть предков.
Однажды, сидя в метро, Айзек Азимов просматривал сборник космических опер и наткнулся на картинку, изображавшую римского легионера среди звездолётов. В мозгу мелькнула мысль: а не описать ли Галактическую Империю — с точки зрения истории, экономики, социологии и психологии? Так появился самый великий учёный в истории мировой фантастики — Гэри Селдон, создавший науку психоисторию, постулаты которой актуальны уже более полувека. Так появился мир Академии: базовая трилогия о нём составила эту книгу. Так появилась "Галактическая история" от сэра Айзека, в которую входят почти все романы знаменитого фантаста.
…Империя с высочайшим уровнем цивилизации. Ее влияние и власть распространены на десятки миллионов звездных систем Галактики. Ничто не предрекает ее краха в обозримом будущем…И вот однажды психоисторик Хари Сэлдон, создав математическую модель Империи, производит расчеты, которые неопровержимо доказывают, что через 500 лет Империя рухнет…Великий распад будет продолжаться 30 тысяч лет и сопровождаться периодом застоя и варварства. Однако Сэлдон создает План, в соответствии с которым появление новой Империи наступит всего через 1000 лет.
Наше поколение стало свидетелем необычайной победы человеческого разума — начала проникновения в космос. Перед молодежью открываются увлекательные, полные заманчивости перспективы межпланетных путешествий и открытий. Но есть еще и на нашей «обжитой» планете Земля много неизученных «белых пятен», среди них почти неизвестный на всю его глубину Мировой океан с его подводными горами и впадинами, со своим растительным и животным миром, со своими физическими законами. В изучении его большую пользу приносит гидроакустика — сравнительно молодая наука, имеющая большое будущее. Эта наука имеет большое прикладное значение.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
Оказалось, достаточно всего одного поколения медиков, чтобы полностью изменить взгляд на генетические заболевания. Когда-то они воспринимались как удар судьбы, а сейчас во многих случаях с ними можно справиться. Некоторые из них почти исчезли, как, например, талассемия, отступившая на Кипре благодаря определенным политическим мерам, или болезнь Тея–Сакса, все менее распространенная у евреев-ашкеназов. Случаи заболевания муковисцидозом также сократились. Генетические заболевания похожи на родовое проклятие, то появляющееся, то исчезающее от поколения к поколению.
Книга Рюди Вестендорпа, профессора геронтологии Лейденского университета и директора Лейденской академии жизненной активности и старения, анализирует процесс старения и его причины в широком аспекте современных научных знаний. Чему мы можем научиться от людей, которые оставались здоровыми всю свою исключительно долгую жизнь? Помогут ли нам ограничения в пище или гормоны, витамины и минеральные вещества? Как сохранить свои жизненные силы, несмотря на лишения и болезни? Автор систематизирует факторы, влияющие на постоянно растущую продолжительность жизни людей нашего времени. В книге подробно обсуждаются социальные и политические последствия этого жизненного взрыва.
Если вы читали о динозаврах в детстве, смотрели «Мир юрского периода» и теперь думаете, что все о них знаете, – в этой книге вас ждет много сюрпризов. Начиная c описания мегалозавра в XIX в. и заканчивая открытиями 2017 г., ученые Даррен Нэйш и Пол Барретт рассказывают о том, что сегодня известно палеонтологам об этих животных, и о том, как компьютерное моделирование, томографы и другие новые технологии помогают ученым узнать еще больше. Перед вами развернется история длиной в 150 миллионов лет – от первых существ размером с кошку до тираннозавра и дальше к современным ястребам и колибри.
В книге рассказывается, как родилась и развивалась физиология высшей нервной деятельности, какие непостижимые прежде тайны были раскрыты познанием за сто с лишним лет существования этой науки. И о том, как в результате проникновения физиологии в духовную, психическую деятельность человека, на стыке физиологии и математики родилась новая наука — кибернетика.
Знаменитый писатель-фантаст, с мировым именем, великий популяризатор науки, автор около 500 фантастических, исторических и научно-популярных изданий приглашает вас в увлекательное путешествие по просторам танин о происхождении и эволюции человека.Книга познакомит вас с удивительным миром человеческой природы и принципами классификации на расы и народы. Почему люди так отличаются друг от друга и чем объяснишь разницу в цвете кожи, глаз и волос? Что изучают таксономия и генетика? Чем отличается доминантный ген от рецессивного?Вы найдете ответы на эти и другие вопросы, а также узнаете о методах и характерных особенностях деления животного мира на различные группы, заглянете внутрь хромосомы и вместе с австрийским монахом Грегором Менделем проведете интересные эксперименты по скрещиванию растений.
В книге А. Азимова собраны ценнейшие научные данные из истории Англии. Повествование охватывает исторические события, начиная с ледникового периода и заканчивая временами Великой хартии вольностей. Автор исследует влияние других цивилизаций — римлян, викингов — на развитие политики, науки, религии и культуры этого государства.
Знаменитый фантаст и популяризатор науки сэр Айзек Азимов в этой книге решил окунуть читателя в магию чисел Свой увлекательный рассказ Азимов начинает с древнейших времен, когда человек использовал для вычислений пальцы, затем знакомит нас со счетами, а также с историей возникновения операций сложения, вычитания, умножения и деления Шаг за шагом, от простого к сложному, используя занимательные примеры, автор ведет нас тем же путем, которым шло человечество, совершенствуя свои навыки в математике.
Человек — частица биосферы! Именно из этого исходит великий популяризатор науки, подробно и увлекательно описывая строение и функции человеческого тела, повествуя о скелетном каркасе, мышцах, кровеносной и пищеварительной системах, а также о сердце, печени, легких, почках, репродуктивных органах и кожном покрове. Даже самые сложные анатомические термины ученый-фантаст разъясняет максимально доходчиво. Книга снабжена наглядными рисунками и комментариями научного редактора.