Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил - [11]
После этих открытий стало неестественно рассматривать протоны и нейтроны сами по себе или думать, что основная проблема заключается в определении сил, обусловливающих их взаимодействие. Вместо этого «ядерная физика» в традиционном понимании стала частью более крупного предмета, включающего все новые частицы и очевидно сложные процессы их создания и распада. Для описания нового «зоопарка» элементарных частиц, этого нового вида драконов, было придумано название «адрон».
Гидра
Опыт в области химии предполагал возможность объяснения всех этих сложностей. Может быть, протоны, нейтроны и другие адроны не являются элементарными частицами. Может быть, они состоят из более простых объектов, обладающих более простыми свойствами.
В самом деле, если вы проведете над атомами и молекулами такие же эксперименты, что и над протонами и нейтронами, изучая то, что остается после их столкновений, вы также получите сложные результаты. Вы могли бы перестраивать и разлагать молекулы для получения их новых видов (или возбужденных атомов, ионов и радикалов), иными словами, проводить химические реакции. Простому закону взаимодействия подчиняются только электроны и ядра. Атомы и молекулы, состоящие из многих электронов и ядер, ему не подчиняются. Может ли существовать аналогичная закономерность для протонов, нейтронов и их недавно обнаруженных сородичей? Может ли их очевидная сложность объясняться тем, что они состоят из более мелких строительных блоков, которые подчиняются гораздо более простым законам?
Разламывание чего-либо на куски может быть грубым способом, однако этот метод может оказаться и самым надежным для выяснения того, из чего оно состоит. Если достаточно сильно столкнуть два атома, они распадутся на составляющие их электроны и ядра. Так обнаруживаются строительные блоки, из которых они состоят.
Тем не менее поиск более простых строительных блоков внутри протонов и нейтронов привел к необычным трудностям. Если вы действительно сильно столкнете между собой протоны, то в результате получите еще больше протонов, иногда в сопровождении их адронных родственников. Типичным результатом при столкновении двух протонов при высокой энергии является появление трех протонов, антинейтрона и нескольких пи-мезонов. Общая масса появившихся в результате частиц превышает массу исходных. Мы обсуждали эту возможность ранее, и вот она снова нас настигла. Вместо того чтобы открыть более мелкие и легкие строительные блоки, переходя ко все более высокой энергии и производя все более сильные столкновения, вы просто находите еще больше того же самого. Тенденции к упрощению не наблюдается. Это все равно, как если бы вы столкнули между собой два яблока одного сорта и получили три яблока того же сорта, одно яблоко другого сорта, дыню, десяток вишен и пару кабачков.
Дракон Ферми превратился в кошмарную гидру из мифа. Отрежьте гидре голову, и на ее месте появится несколько новых.
Более простые строительные блоки существуют. Однако их фундаментальная «простота» подразумевает странное и парадоксальное поведение, которое делает их как революционными для теории, так и неуловимыми во время экспериментов. Чтобы их понять или даже воспринять, нам придется начать все с начала.
Глава 6. Фрагменты элементарных частиц
Введенные в качестве теоретической импровизации и никогда не наблюдаемые в изоляции кварки поначалу казались удобным вымыслом. Но когда они появились на снимках протонов, сделанных с помощью ультрастробоскопического наномикроскопа, кварки превратились в неудобную действительность. Их странное поведение поставило под сомнение основные принципы квантовой механики и теории относительности. Новая теория заново открыла кварки в качестве идеальных объектов математического совершенства. Уравнения этой новой теории также требовали новых частиц, цветных глюонов. Цветные глюоны суть воплощение идеи симметрии. Спустя несколько лет люди начали делать снимки кварков и глюонов в специально созданных для этого центрах творческого разрушения.
Название этой главы имеет два смысла. Первый заключается в существовании более мелких фрагментов в том, что совсем недавно считалось мельчайшими строительными блоками обычной материи, — в протонах и нейтронах. Эти более мелкие фрагменты называются кварками и глюонами. Разумеется, название чего-либо не объясняет его сути, как говорилось в трагедии Шекспира:
Это подводит нас ко второму, более глубокому, смыслу. Если бы кварки и глюоны представляли собой просто еще один слой в бесконечной, напоминающей луковицу сложной структуре внутри структуры, их названия были бы впечатляющими звучными словечками, с помощью которых вы могли бы впечатлить друзей на коктейльной вечеринке, но сами по себе они представляли бы интерес только для экспертов. Однако кварки и глюоны — это не «просто еще один слой». Правильно понятые, они в корне меняют наше представление о природе физической реальности, поскольку являются фрагментами в другом, гораздо более глубоком смысле, который мы используем, когда говорим о фрагментах информации. В определенной степени это качественно новые в науке
Один из лучших популяризаторов науки Фрэнк Вильчек в доступной форме описывает основные составляющие физической реальности — пространство, время, материю, энергию и динамическую сложность. Вы узнаете о теории Большого взрыва и возникновении Вселенной, познакомитесь с одними из крупнейших проектов современности: охотой на частицу Хиггса и поиском гравитационных волн, положивших начало новому виду «многоканальной» астрономии. Книга лауреата Нобелевской премии по физике для всех, кто хочет приблизиться к пониманию устройства Вселенной.
Верно ли, что красота правит миром? Этим вопросом на протяжении всей истории человечества задавались и мыслители, и художники, и ученые. На страницах великолепно иллюстрированной книги своими размышлениями о красоте Вселенной и научных идей делится Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. Шаг за шагом, начиная с представлений греческих философов и заканчивая современной главной теорией объединения взаимодействий и направлениями ее вероятного развития, автор показывает лежащие в основе физических концепций идеи красоты и симметрии.
Слово «паразит» ни у кого не вызывает положительных эмоций. Паразитами называют тех, кто живет за чужой счет, — идет ли речь о людях или патогенных организмах. Тем не менее, само существование паразитов будоражит наше воображение: нас поражает их способность адаптации к меняющимся внешним условиям, их сложный жизненный цикл, их «модус операнди», не имеющий аналогов в животном мире. Эта книга максимально доступным языком, с использованием множества примеров рассказывает о том, чем занимается наука паразитология.
Наш прекрасный мир и его чудесная природа обрели свой вид только благодаря грибам, без которых немыслима ни одна экосистема. Без них не было бы ни наших лесов, ни нашего климата, да и, возможно, самой жизни. Грибы вездесущи, и, если использовать их правильно, они могут помочь нам в совершенно неожиданных областях. Грибы – партнеры, грибы – мастера утилизации отходов, грибы – чудо-лекарство, грибы – источник страсти… Известный австрийский биолог и специалист по охране природы, автор более 20 книг Роберт Хофрихтер, обобщая научные данные и собственный профессиональный и жизненный опыт, расскажет в этой книге о многом, чего мы до сих пор не знали о грибах.
Книга рассказывает о прошлом, настоящем и будущем самых, быть может, загадочных созданий на Земле. О том, как выглядели древнейшие, ранние киты, как эти обитавшие на суше животные миллионы лет назад перешли к водному образу жизни, мы узнаем по окаменелостям. Поиск ископаемых костей китов и работа по анатомическому описанию существующих видов приводила автора в самые разные точки планеты: от пустыни Атакама в Чили, где обнаружено самое большое в мире кладбище древних китов — Серро-Баллена, до китобойной станции в Исландии, от арктических до антарктических морей. Киты по-прежнему остаются загадочными созданиями.
Птичьи яйца – важная составляющая нашей культуры, символ плодовитости, неотъемлемый атрибут религиозных верований и мифологических представлений. Издревле за яйцами охотились коллекционеры и зачастую рисковали жизнью, взбираясь по скалистым склонам в поисках уникальных экземпляров. Казалось бы, яйцо устроено очень просто – но эта простота лишь кажущаяся. Один из ведущих орнитологов современности, известный британский популяризатор науки, обладатель множества наград за исследования в области поведенческой экологии и орнитологии, Тим Беркхед делится своими уникальными знаниями и раскрывает множество тайн этого настоящего чуда природы.
Как происходит дыхание? Почему нам порой не хватает воздуха и какое отношение имеет к этому маленькая Русалочка? Как наши эмоции влияют на дыхание? Почему мы кашляем, но не чувствуем боли в дыхательных путях? Может ли вырасти новое легкое? Как самый большой орган нашего тела защищается от микробов и вредных веществ. И самое главное: что мы можем предпринять, чтобы этот чудесный орган сохранял свою работоспособность всю жизнь? Обо всем этом увлекательно и захватывающе повествует специалист по легким Кай-Михаэль Бе. Для широкого круга читателей.
Книга основателя Игнобелевской (Шнобелевской) премии — сборник эссе о самых разных исследованиях вполне почтенных ученых. Только вот предмет этих исследований заставляет читателей сначала рассмеяться, а потом задуматься о весьма серьезных вещах. Почему чаще всего крадут книги по этике? Как найти оптимальный способ нарезки ветчины с помощью математики? Отчего танцоры в Вегасе получают большие чаевые в определенные месяцы? И какое ухо лучше распознает ложь — правое или левое? Абрахамс рассказывает о подобных довольно странных исследованиях в области биологии, физики, математики и других наук с большим юмором, иронией и — глубоким знанием человеческой природы.
Что такое время в современном понимании и почему оно обладает именно такими свойствами? Почему время всегда двигается в одном направлении? Почему существуют необратимые процессы? Двадцать лет назад Стивен Хокинг пытался объяснить время через теорию Большого Взрыва. Теперь Шон Кэрролл, один из ведущих физиков-теоретиков современности, познакомит вас с восхитительной парадигмой теории стрелы времени, которая охватывает предметы из энтропии квантовой механики к путешествию во времени в теории информации и смысла жизни. Книга «Вечность.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Надеемся, что отсутствие формул в книге не отпугнет потенциальных читателей. Шон Кэрролл – физик-теоретик и один из самых известных в мире популяризаторов науки – заставляет нас по-новому взглянуть на физику. Столкновение с главной загадкой квантовой механики полностью поменяет наши представления о пространстве и времени. Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались.