Нильс: Я хотел бы, чтобы ты, ЮС прокомментировал выбор материала, который приводится в этой главе. Ясно, что это не все, что ты вычитал за прожитую жизнь. Меня, собственно говоря, интересует, насколько твои мысли совпадают с цитируемыми текстами.
ЮС: В этой главе я собрал тексты, в которых популярно изложены основные положения современной физики, в частности, квантовой механики и нейтринной физики. Некоторые цитаты меня поразили своей абсурдностью, и я не устоял перед соблазном поместить их здесь.
Нильс: Дай пример такого цитирования.
ЮС: Мне сразила наповал, например, такая фраза: "Для ученого, интересующегося физикой элементарных частиц, ранняя Вселенная - рай, в которых идут процессы при энергиях, недоступных ускорителям" из статьи, опубликованной в Успехах физических наук тремя крупными учеными. Наверное, ранняя Вселенная действительно рай, но как туда попасть? Только на кончике пера. Большей дурости в истории развития физики не было, чем оперировать далеким прошлым Вселенной как реальным, наблюдаемым, опытным фактом. Но таких перлов глупости из современной физики здесь помещено немного. В основном это все-таки популярное изложение основных положений современной физики, написанное путем цитирования работ очень хороших физиков. А насколько эта физика соответствует моим симпатиям, об этом спорят Квант и Сэд.
Однако никто никогда не приписывал флюктуации скорости броуновских частиц ни свободной воле частицы, ни абсолютной случайности; флюктуации объяснялись обменом движениями между частицей и окружающей ее материальной средой, то есть, по существу, тепловым движением частиц этой среды.
Я твердо убежден, что и флюктуации скорости атомных частиц можно и должно объяснить точно так же обменом движениями между этими частицами и окружающей их средой. Отказаться от этого - значит покинуть почву научного рационализма, если не здравого смысла вообще. А какова эта среда? До сих пор я молчаливо предполагал, что частица движется в среде, которую в физике обычно называют «пустотой». Но концепция абсолютной пустоты греческих атомистов была оставлена в новой физике со времен Декарта. Предположим, что при помощи лучших насосов, которыми мы располагаем в наших лабораториях, мы выкачаем из сосуда все молекулы, все атомы, все атомные частицы до последней. Остается некоторое излучение, лучистая теплота, как говорили когда-то, постоянно распространяющаяся внутри сосуда, даже если температура стенок сохраняется на одном уровне. Это излучение, электромагнитное по своей природе, наделяет так называемое пустое пространство электрическими и магнитными свойствами, свойствами механическими (энергией, массой, температурой и т.д.), иначе говоря, оно придает этому пространству качества материи в движении.
Следовательно, когда Декарт постулировал, что так называемая пустота в действительности является тонкой материей в движении, он дал физике правильное направление. Эту тонкую материю механистическая физика традиционно называла эфиром. Я думаю, что можно сохранить это название, но, конечно, позаботившись о том, чтобы лишить его всяких следов прежнего механистического значения, то есть, некоторого рода флюида, омывающего все частицы, - флюида, в целом пребывающего в утопическом состоянии абсолютного покоя. Открытие теории относительности покончило с иллюзией какого бы то ни было абсолютного покоя в природе. Но, как писал Эйнштейн, она отнюдь не завершила историю эфира, а только продолжила ее.
В 1899 году Планк открыл, что молекула или атом не может двигаться, не обмениваясь движением с окружающим эфиром, и что основным качеством этого обмена, имеющего электромагнитную природу, является его прерывистость, изменение величины действия на целое число квант.
Электрон, двигающийся в так называемой пустоте, в действительности перемещается в движущейся материальной среде, в эфире. Он также должен беспрестанно взаимодействовать со своей средой, а такое взаимодействие, учитывая его прерывный и нерегулярный, беспорядочный характер, может объяснить флюктуации импульса электрона. Точно так же, как броуновское движение частицы табачного дыма определяется тепловым движением молекул окружающего воздуха, механическое движение электрона должно быть обусловлено присущим окружающему эфиру «возбуждением», природу которого остается уточнить. По крайней мере это одна из возможных гипотез, открывающая путь исследованию.
Если же, напротив, представить себе пустоту как абсолютное ничто, в противоречие со всей физикой полей и излучений, тогда квантовые флюктуации импульса частиц, отраженные именно в соотношении Гейзенберга, уже невозможно разумно объяснить.[Ж. Вассэль.14. Стр. 130-131]
Прежде всего, сама цель квантовой механики в понимании Бора противоположна цели классической механики и теории относительности. В отношении квантовой механики речь идет не о создании «модели», способной воспроизвести свойства объективной реальности, а скорее о построении математического символизма, который позволял бы предвидеть результаты экспериментов в микроскопической области. В этом и заключается сущность «реформ» в области физики с позиций, известных в философии под названием позитивизма и приближающихся к феноменологической точке зрения Кирхгофа. Они особенно ясно выражены в заявлении Бора, цитирующего Гейзенберга: «(микроскопические) явления до некоторой степени порождаются повторяющимися наблюдениями», или у Иордана: «Позитивизм заставляет нас думать, что истинная физическая реальность заключается лишь в совокупности экспериментальных результатов».
Именно такая позиция побудила Паули отвергать как «метафизическую» любую величину, которая в настоящий момент не поддается непосредственному экспериментальному определению. [Ж. Вижье. 14. Стр. 152]
Позвольте мне привести другую цитату из книги Планка: «Философы поняли, что нельзя предписывать естествоиспытателям, какими методами и ради каких целей они должны работать; со своей стороны, естествоиспытатели убедились, что исходная точка их исследований определяется не только восприятием органов чувств и что даже естествознание не может обойтись без определенной дозы метафизики». Несколько лет тому назад эта последняя мысль была высказана Эйнштейном в моем присутствии в заостренной форме: «Вся физика - это метафизика». [28. Стр. 110]
Некоторые жалуются, что в современной физике господствует абстрактная математика и что при этом была утеряна наглядность. Это безусловно верно, но подумайте, пожалуйста, о наглядной модели эфира - этом пристрастии лорда Кельвина. Сегодня уже никто не ломает голову над этим. Но каждый знает так называемую абстрактную схему уравнений Максвелла и пользуется ею. Конечно, вращающиеся вокруг ядра электроны в первоначальной теории Бора выглядят более наглядными, чем электроны облака шредингеровских собственных функций. Но последние работают лучше первых и сегодня их можно рассматривать как статистические средние боровских орбит. Что мы должны отсюда заключить? Что природу не заботит наша математическая беспомощность. Природа является лучшим математиком, чем мы. Она формирует свои законы с помощью не простейших, а наиболее высоких и эффективных математических методов.
Один остроумный американский физик как-то сказал: «В старой теории мы многое могли объяснить, но немногое рассчитывать. Сегодня мы немногое можем объяснить, но многое можем рассчитывать». Фактически волновая механика является действенным вспомогательным средством расчета вероятностей перехода атома из одного состояния в другое. Но причина перехода не объясняется. Все детали остаются в темноте. Об этом можно сожалеть, но этого нельзя изменить. [28. Стр. 113]
Из письма А. Эйнштейна А. Зоммерфельду от 21 августа 1926г.
Я охотно соглашаюсь с Вами, что в существовании вращающегося электрона нет сомнений. Но пока мало надежд понять его необходимость изнутри. Из новых попыток получить более глубокую формулировку квантовых законов мне больше всего нравится принадлежащая Шредингеру. Если бы только удалось пересадить введенные там волновые поля из n - мерного координатного пространства в трех- и соответственно четырехмерные! Теория Гейзенберга - Дирака заставляет меня восхищаться, но для меня они не пахнут реальностью.
Сердечно приветствует Вас Ваш А. Эйнштейн [28. Стр. 136]
В старых, давно уже оставленных теориях универсального эфира понять независимость скорости света от движения источника было легко: однажды переданный эфиру свет распространяется в соответствии со свойствами носителя (упругими или электромагнитными). Постоянство скорости света означает при такой точке зрения то же, что и перенос взаимодействия через поле. Иначе обстоит дело с точки зрения эмиссионной теории, как представлял ее себе Ньютон. В этом случае едва ли можно избежать представления о переносе скорости от излучающего тела на излучаемые световые корпускулы. Мы можем сказать, что постоянство скорости света - это единственный сохранившийся до сегодняшнего дня остаток представлений об эфире[29. Стр. 325-326]
В настоящей книге нам придется ограничиться теорией одного электрона. Правда, основной вопрос о природе электрона остается при этом не выясненным. Как сказал Эйнштейн, «электрон является чужаком в электродинамике». Электродинамически мы не можем понять, как может конечный заряд электрона е, точечный или сконцентрированный в очень малом объеме, сохраняется в виде стабильного образования, несмотря на действующие между его элементами кулоновых сил отталкивания. [29. Стр. 327]
Ниже из статьи М.А. Маркова "О природе физического знания" Журнал "Вопросы философии", 1947, N2. Цитируется по [30]
«Может возникнуть вопрос: почему при анализе микромира, создавая теорию явлений микромира, мы должны такую существенную роль отводить макроскопическому прибору и в связи с этим макроскопическим понятиям вообще? На этот вопрос можно ответить коротко: потому что речь идет о познании макроскопической деятельности человека.
Другое дело, когда наблюдаются явление, которое само по себе не действует на наши органы чувств. В этом случае принципиально нельзя описать сущность явления, не упоминая о приборе. Прибор входит в само определение явления.
Иногда высказываются суждения, что квантовые представления кажутся нам очень своеобразными лишь "с непривычки", что, когда физики после долгой "тренировки" привыкают к ним, они начинают мыслить квантово-механическими образами легко и непринужденно. Так же легко и непринужденно тогда представляется мир в квантово-механических понятиях, как некогда он представлялся в понятиях классических.
Здесь о так называемой "привычке" уместно передать мудрый рассказ одного московского профессора.
К профессору пришел студент сдать зачет по интегральному исчислению. Студент бойко брал трудные интегралы. Но перед тем как поставить в зачетной книжке высшую оценку, профессор почему-то решил задать вопрос о самом понятии интеграла. К своему удивлению, профессор не получил правильного ответа. Еще более тяжелым оказался случай с определением дифференциала. Студент явно и безнадежно "плавал".
"Как же это можно, - недоумевал профессор, вы прекрасно интегрируете и дифференцируете, но не имеете понятия о том, что такое интеграл и дифференциал? Как это можно?"
"Профессор, - ответил расстроенный студент, все дело в том, что мы вначале не понимаем, а потом привыкаем".
В камере Вильсона мы видим освещенную цепочку капелек. Это чисто макроскопический объект. Но это - в то же время свидетельство движения элементарной частицы и ее взаимодействия с атомами газа, наполняющего камеру. В частности, можно видеть фотографии, где эта же макроскопическая цепочка капелек дает нам сведения о таком интересном явлении микромира, как рождение электрона и позитрона световым квантом вблизи атомных ядер. Перед нами опять своеобразная "проекция" явлений микромира на макромир.
В этом аспекте квантовая теория представляет собой именно такую теорию, которая дает толкование, предсказание результатов наблюдения явлений микромира с помощью "экспериментальной установки, описываемой чисто классическим образом".
Во избежание недоразумения необходимо с самого начала подчеркнуть, что в дальнейшем речь пойдет о понятии физической реальности как о некотором новом физическом понятии квантовой теории.
Под физической реальностью понимается та форма реальности, в которой реальность проявляется в макроприборе.
Мы видим, таким образом, что это понятие физической реальности уже того широкого определения объективной реальности, к которому привыкли в философии. Наша ближайшая задача - выяснить взаимоотношений этих понятий.
Согласно квантовой теории, однозначное определение понятия физической реальности включает в себя необходимым элементом указание на экспериментальную установку, с помощью которой получаются результаты, относящиеся к данной физической реальности. Само измерение, само наблюдение существенным образом отражается на результатах наблюдения.
Рассматривая экспериментальную установку как элемент объективного мира, мы с точки зрения теории познания (не с точки зрения узко физической) в определении понятия физической реальности квантовой теории не находим ничего нового. Конечно, с физической точки зрения сами реальности полны неклассического своеобразия. Физик теперь в смысле отношения к реальности различает случай, когда он измеряет координату электрона, от случая измерения импульса электрона. Так как характер измерения существенно входит в определение физической реальности, то реальность в первом случае отлична от реальности в случае втором: электрон в первом случае "не тот", что электрон в случае втором. Но как в первом, так и во втором случаях реальности существуют объективно, независимо от сознания самого физика. Поэтому в квантовой области в практической деятельности физика не возникают новые гносеологические проблемы в трактовке понятия физической реальности.
Но можно задать вопрос: а если нет экспериментальной установки, то, что же, нет и объективной реальности? Существует ли электрон, когда на него не смотрят? Существует ли объективный мир, когда его не наблюдают?
С субъективной точки зрения, понятия физической реальности квантовой теории, как мы неоднократно подчеркивали, носит на себе печать макроскопической познавательной деятельности человека. Физическая реальность квантовой теории не дается простым созерцанием, она включает в себя момент активной человеческой деятельности, когда с помощью макроприбора проектируется реальность микромира на макромир в непосредственно познавательной деятельности макроскопического существа.
Таким образом, утверждение, что электрон существует независимо от нашего опыта, имеет определенный смысл и в квантовой теории, но вопрос, в каком виде существует, как "выглядит" этот электрон "сам по себе", когда его не наблюдают, лишен в некоторых своих свойствах однозначной макроскопической определенности. Действительно, самой требование описать, "как выглядит" электрон, в скрытом виде подразумевает его описание в макроскопических понятиях. Но для этого необходимо эту реальность "спроектировать" на макромир, а эта "проекция" производится с помощью прибора и оказывается различной, в зависимости от характера прибора.
Это, конечно, не значит, что об электроне ничего сказать нельзя, что он превращается в какой-то "абсолютный дух". Многие характеристики электрона не связаны с тем или иным классом макроскопического прибора: заряд электрона, например, его масса, подчинение статистике Ферми, а не Бозе и т.д. Это обстоятельство надо всячески подчеркивать. Но положение электрона и его импульс действительно лишены в указанном смысле однозначной макроскопической определенности.» [30]
В теории элементарных частиц считается абсолютно справедливыми три принципа:
1. Квантовая механика, это полная загадок и парадоксов дисциплина, которую мы не понимаем до конца, но умеем применять. Насколько нам известно, она прекрасно работает в описании физической реальности, но, как сказали бы социологи, это - антиинтуитивная дисциплина. Квантовая механика не теория, а скорее рамки, в которые, как мы полагаем, должна укладываться любая корректная теория.
2. Теория относительности. Через 75 лет после выхода в свет первой работы Эйнштейна об относительности у нас нет причин сомневаться в ее справедливости.
3. Принцип причинности, утверждающий, что причина должна предшествовать следствию.[31. Стр. 266]
Однако, начиная с Декарта и Лейбница, мировой эфир выступил на передний край классической физики как гипотетическая всепроникающая среда – переносчик света. В этом качестве эфир пребывал вплоть до появления теории электромагнитного поля Дж. Максвелла и сыграл драматическую роль в крушении механистической картины мира.
Доказав, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света, Максвелл заключил, что они распространяются в эфире. Поскольку скорость электромагнитных волн очень велика, то эфир, по-видимому, должен быть очень упругим и твердым. А поскольку эфир заполняет все мировое пространство, то он должен быть абсолютно прозрачным и планеты должны двигаться сквозь него без трения. Однако все свойства, которыми физики наделили эфир, взаимно исключали друг друга, и существование такой среды оказалось невероятным. Сам Максвелл тщетно пытался построить механическую модель электромагнитных явлений путем сведения их к давлению и напряжениям в упругой среде. В связи с этим У. Томпсон в одном из выступлений выразил неудовлетворенность теорией Максвелла: «…коль скоро мне не удастся построить механическую модель явления, значит, я чего-то не понимаю. Именно поэтому я не могу до конца понять электромагнитную теорию».
Таким образом, титанические усилия ученых понять, что собой представляют электрические и магнитные поля и в какой именно субстанции они распространяются в пространстве, не увенчались успехом. И на смену эфиру в конце девятнадцатого века пришло понятие физического поля, по сути дела, чисто умозрительное, математическое понятие, вытекающее из уравнений Максвелла.
Подобно тому, как законы механики Ньютона дают нам возможность работать с массой и силой, не вдаваясь в объяснение сути того и другого, уравнения Максвелла позволяют творить чудеса с электромагнитными явлениями, несмотря на отсутствие ясного понимания физической сути последних. Математические формулы точны и всеобъемлющи, но входящие в них величины (масса, заряд, сила, пространственные и временные интервалы) – всего лишь языковые символы или знаки, за которыми угадываются двойственные, физико-информационные сущности природы.
Все разнообразие электромагнитных волн может быть описано и обращено в русло практических приложений с помощью уравнений Максвелла. Электрические токи, магнитные и оптические явления, гармонические колебания с частотой от 50 до 1024 Гц – все это не более чем проявление одной и той же математической схемы. «Трудно отделаться от ощущения, что эти математические формулы существуют независимо от нас, - говорил Г. Герц, - и что мы извлекаем из них больше, чем было в них заложено». Теория Максвелла открыла в природе единый фундаментальный порядок, более всего говорящий о том, что в основании природы лежит разумное начало, то есть некий универсальный космологический код, обладающий глубинной психофизической сущностью, или всеобъемлющим «божественным» сознанием – чем-то вроде буддийской нирваны.
«Наука вновь подошла к силам, недоступным исследованию, - писал А. Грин, - ибо они в корне, в сущности своей – Ничто, давшее Все… Глубоко важно, что религия и наука сошлись вновь в том месте, с какого первоначально удалились в разные стороны; вернее, религия поджидала здесь науку, и они смотрят теперь друг другу в лицо». [32. Стр. 48-49]
17.Пустота
Прежде чем продолжать наше знакомство с частицами и переносчиками взаимодействия, нам придется сказать несколько слов о пустоте, или, как говорят физики, о вакууме. На первый взгляд кажется, что тут и говорить не о чем: пустота она и есть пустота - ничто. Но дело вовсе не так просто и тривиально. Вакуум - это то, что остается, если убрать все частицы, все кванты любых физических полей. Но тогда ведь ничего не останется, скажет читатель (не физик). Нет, останется. Вспомним о соотношении неопределенностей. Согласно этому соотношению на короткий промежуток времени ;t может появляться энергия ;E=h/;t, как бы "ниоткуда". Эта энергия может давать в пустоте рождение пары: частице и античастице. Масса этой пары соответствует формуле Эйнштейна 2mc2=;E. Разлететься и остаться, как реальные частицы, они не могут, так как это означало бы, что частицы родились из ничего, нарушая закон сохранения энергии. Через промежуток времени ;t частицы сольются и исчезнут. Такие «неродившиеся» частицы, появляющиеся лишь на короткий промежуток времени, беря энергию «взаймы», получили название виртуальных частиц. Они все время возникают и уничтожаются в вакууме. Подобные явления происходят со всеми возможными видами частиц. Это своеобразное «кипение» вакуума и есть то, что остается в пустоте при удалении всех реальных частиц и квантов физических полей. Удалить же это «кипение», или, как говорят, квантовые флуктуации, в принципе невозможно никаким способом. Это бы означало нарушение соотношения неопределенностей квантовой механики. «Кипящий» вакуум - это наинизшее возможное энергетическое состояние всех полей.
Таким образом, вакуум - это сложнейшее состояние "кипящих" виртуальных частиц всевозможных сортов.
А сейчас поставим вопрос: не может ли результатом активности вакуума (результатом «кипения») явиться появление некоторой плотности энергии ; как следствие взаимодействия виртуальных частиц?
Оказывается, плотность энергии ; может появиться, а значит, может появиться и соответствующая ей плотность массы ;=;/c2. Это было подчеркнуто Я.Б.Зельдовичем в 1967г. Но тогда читатель, наверное, спросит: не означает ли это появление в наших представлениях некоторой универсальной среды, некоторого нового «эфира». Если это так, то эта среда должна восстановить понятие абсолютного покоя и движения. Ведь движение относительно этой среды и было бы движением относительно пустоты, т.е. относительно абсолютного пространства.
Казалось бы, двигаясь относительно такого нового «эфира», мы должны почувствовать набегающий на нас поток - "эфирный" ветер. Такой "эфирный" ветер и хотел обнаружить Майкельсон еще в прошлом веке, пытаясь измерить движение Земли относительно эфира.
Если бы новый «эфир» был бы похож на обычные среды, то встречный ветер при движении в нем действительно можно было бы обнаружить. Но все дело в том, что вакуум - совсем необычная среда. В нем вместе с плотностью энергии ; обязательно появляются натяжения, подобные натяжением, возникающим в твердом теле при растяжении. Это натяжения эквивалентны отрицательному давлению, поэтому так и говорят - возникает отрицательное давление P. В обычных средах давления и натяжения составляют малую долю полной плотности энергии (включая массу покоя). В вакууме отрицательное давление по абсолютной величине равно плотности энергии: -P=;. И в этом необычном свойстве заключена важная непохожесть вакуума от обычной среды. Когда наблюдатель начинает двигаться в какой-то системе отсчета, на него будет набегать поток энергии, связанный с плотностью энергии ;, и, казалось бы, наблюдатель может измерить этот поток (это и есть «ветер»). Но, помимо этого потока, на наблюдателя будет набегать также поток энергии, связанный с отрицательным давлением P. Такой поток будет отрицательным, но по модулю равен первому потоку (так как ;=-P) и поэтому точно скомпенсирует этот первый поток. В результате никакого «ветра» не будет! Как бы ни двигался по инерции наблюдатель, он всегда будет измерять одну и те же плотность энергии ; в вакууме (если такая есть) и одно и то же отрицательное давление -P, и никакого «ветра», связанного с движением, возникать не будет. Вакуум одинаков для любых наблюдателей, движущихся друг относительно друга по инерции. [33.Стр.69]
«Дорогие радиоактивные дамы и господа! Я прошу Вас выслушать со вниманием в наиболее удобный момент посланца, доставившего это письмо. Он расскажет Вам, что я нашел отличное средство для спасения закона сохранения энергии и получения правильной статистики… Оно заключается в возможности существования электрически нейтральных частиц, которые я назову нейтронами. Непрерывность бета-спектра станет понятной, если предположить, что при бета-распаде с каждым электроном испускается такой нейтрон, причем сумма энергий нейтрона и электрона постоянна… Итак, дорогой радиоактивный народ, рассматривайте и судите. К сожалению, я не могу появиться в Тюбингене лично, так как мое присутствие здесь необходимо из-за бала, который состоится в Цюрихе в ночь с 6 на 7 декабря. Ваш покорнейший слуга В. Паули». [34. Стр.7-8]
(Позже с легкой руки Э. Ферми эта гипотетическая частица получила название «нейтрино»)
Гипотеза Паули, несомненно, принадлежит к числу наиболее ярких образцов научного прозрения, которое вспыхивает то здесь, то там на пути познания человеком окружающего его мира. «Трудно найти пример, - пишет Б.М. Понтекорво, - где слово «интуиция» характеризовало бы человеческий подвиг лучше, чем в случае «изобретения» нейтрино Паули.
Во-первых, 50 лет назад были известны только две «элементарные» частицы – электрон и протон, и даже мысль, что для понимания вещей необходимо ввести новую частицу, была сама по себе революционной идеей…
Во-вторых, изобретенная частица – нейтрино должна была иметь совершенно экзотические свойства, в особенности колоссальную проникающую способность…
В-третьих, из-за своей фантастической проникающей способности нейтрино казалось вначале такой частицей, которая не может быть обнаружена в свободном состоянии. О ее существовании приходилось судить косвенным образом на основании законов сохранения энергии и импульса, регистрируя ядра отдачи в бета-распаде…» [34. Стр. 8-9]
Для объяснения непрерывности бета-спектра высказывались самые различные гипотезы, в том числе и такая радикальная, как несохранение энергии в акте бета-распада. Она принадлежала Н.Бору (и впоследствии часто ставилась ему в упрек). [35. Стр. 6]
Трудности постановки нейтринных экспериментов на реакторах оказались столь значительными, что в течение четверти века сначала Рейнес и Коуэн, а затем группа физиков во главе с Рейнесом были практически монополистами в этой области. Они исследовали взаимодействие нейтрино с протоном, дейтоном, электроном. Но те же трудности (а отчасти, может быть, и монополия) приводили к ошибкам. Рейнесу несколько раз приходилось уточнять свои результаты или вовсе отказываться от них. Поэтому опыты эти следует рассматривать как качественные. [35. Стр. 15-16]
Если нейтрино безмассово, то реликтовые нейтрино всех сортов (а их общее количество по оценкам составляет порядка 500 штук в кубическом сантиметре), так же, как и фотоны, не внесут сколь-нибудь заметного вклада в общую плотность вещества. Совсем другая ситуация возникает, если масса нейтрино порядка двадцати электронвольт. В этом случае более 95 процентов массы (энергии) приходится на долю нейтринного излучения. И это кардинально меняет наши представления о структуре и будущем Вселенной, поскольку эволюция Вселенной существенно зависит от плотности вещества в ней.
Если считать, что масса нейтрино равна нулю, то согласно современным представлениям Вселенная будет бесконечно расширяться. Достаточно, однако, чтобы масса нейтрино составила десятки электронвольт, чтобы расширение через некоторое время сменилось сжатием. «Хотя это случится нескоро (расширение в течение ближайших 20 миллиардов лет нам гарантировано), вопрос о далеком будущем, конечно же, является принципиально важным и волнующим» (Я.Б. Зельдович). [35. Стр. 43-44]
Если считать, что мы обладаем источником, излучающим поток нейтрино с энергией 3 МэВ, и этот поток падает на мишень, например, кубометр воды (в воде достаточно большая концентрация протонов), то из 1018 частиц – из миллиона триллионов частиц – лишь одна прореагирует в такой мишени. Все познается в сравнении. Так вот, из ста гамма-квантов той же энергии с водой провзаимодействуют 99. Трудно сказать, что эти цифры были обнадеживающими. [36. Стр. 82]
Но хотя мы привыкли к тому, что величина эффекта в нейтринных экспериментах очень мала, в случае солнечных нейтрино эта малость побивает все рекорды.
Это зависит от интенсивности потока солнечных нейтрино, падающего на Землю (на каждый квадратный сантиметр поверхности планеты приходится 50-80 миллиардов нейтрино в секунду), сколько от того, что энергетический спектр этих нейтрино очень мягкий. А чем мягче спектр – тем меньше вероятность взаимодействия нейтрино с веществом. Кроме тог, для реакции, имеющей энергетический порог, может подходить лишь ничтожная доля полного потока нейтрино. Если использовать идей, предложенную Б. Понтекорво, - ведь Солнце излучает именно нейтрино, а не антинейтрино, как реактор, и они должны вызвать превращение хлора-37 в аргон-37, - то в тонне вещества за два года должны образовываться 1 – 2 атома аргона! [36. Стр. 112-113]
Видим ли мы нейтрино?
Знающие люди лишь усмехнутся, услышав такой вопрос. Если позитронов и электронов в космических лучах слишком много и трудно разобраться в их происхождении, то в случае с нейтрино другая беда. Нейтрино из космоса регистрируют слишком мало, чтобы делать какие-либо заключения. Нейтринные телескопы функционируют уже лет пятнадцать, и за это время физикам удалось накопить не больше тысячи событий, вызванных космическими нейтрино. Причем такая бедная статистика объясняется не тем, что нейтрино редкий гость на Земле. Напротив, мы живем под постоянным нейтринным дождем, по сравнению с которым тропические ливни – просто ничто. Например, через спичечный коробок каждую секунду проходит более тысячи миллиардов нейтрино, которые возникают в процессах солнечного термоядерного синтеза. Однако нейтрино фантастически слабо взаимодействует с веществом, и именно поэтому так скуден наш “улов” космических нейтрино.
Колоссальная проникающая способность нейтрино ставит перед физиками, желающими его регистрировать сложные технические задачи. Нужно создавать такие детекторы, которые имели бы максимально возможные размеры, то есть содержали бы как можно больше вещества. На практике используют детекторы весом в несколько сот тонн. Из-за того, что ожидаемое число нейтринных событий измеряется единицами в год, детектор нейтрино должен быть надежно защищен от мощного фона космических лучей. Поэтому все нейтринные телескопы располагаются либо в глубоких шахтах, либо в туннелях, выбитых в недрах гор, имеется также проект создания детектора нейтрино на пятикилометровой глубине в океане. [37. Стр. 100-101]
Конечно, восхищение удивительными достижениями космологии довольно быстро может смениться вполне естественным подозрением: насколько все это верно? Насколько твердо обоснованны такие впечатляющие результаты? Может быть, это разновидность современной алхимии? Основные положения сегодняшней теории Вселенной выглядят настолько вызывающими, что отнюдь не все ее полностью принимают. Например, известный шведский астрофизик, лауреат Нобелевской премии Ханнес Альфвен совсем недавно, в 1979 году, писал в нашем сборнике «Будущее науки» буквально следующее: «Современная космологическая теория представляет собой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (более или менее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии «Большого Взрыва» служит то, что она является оскорблением здравого смысла: «верю, ибо это абсурдно». [37. Стр. 118-119]
«Что касается современной науки, то мы здесь полностью должны отказаться от мысли, что, проникая все глубже в область малого, мы достигнем когда-нибудь последнего рубежа. Я уверен, что от этой идеи мы можем отказаться без сожалений. Вселенная бесконечна во всех направлениях, не только в большом мире вокруг нас, но и в самом малом. Если мы примем за масштаб нашу человеческую шкалу и будем изучать Вселенную все далее и далее, мы, наконец, и в большом и в малом достигнем такой туманной дали, где нам откажут сначала чувства, а потом и наш разум».
Эти слова были сказаны известным немецким физиком Э. Вихертом в 1896 году. Сегодня, спустя почти 90 лет, мы можем с удовлетворением констатировать, что научились работать «и в большом и в малом» с такими понятиями, которые наши чувства уже не в состоянии воспринимать. Мы не можем представить себе поведение квантовых микрообъектов, точно так же трудно вообразить Вселенную, сжатую до размеров спичечного коробка. Но рассчитать ее поведение, предсказать те или иные процессы в мире элементарных частиц – пожалуйста! Успехи современной космологии и физики микромира вызывают благоговейное удивление перед мощью человеческого разума. И хотя явления, о которых мы будем говорить в этой главе, происходят при столь высоких энергиях, при таких фантастически малых временах с момента рождения нашего мира, будем надеяться, что это еще не совсем «туманная даль» и предсказания Вихерта пока не сбываются. [37. Стр. 137-138]
Ниже из работы Шандарин С.Ф., Дорошкевич А.Г., Зельдович Я.Б. Крупномасштабная структура Вселенной // УФН.1983.Т.139, Вып.1,С.83-134.
«Для ученого, интересующегося физикой элементарных частиц, ранняя Вселенная - рай, в котором идут процессы при энергиях, недоступных ускорителям».
«Существование нулевых колебаний электромагнитного поля и поляризационных колебаний (флуктуаций) позитронно-электронного поля приводит к заключению, что поле существует постоянно, и в этом смысле нет никакой пустоты. Поэтому эту «пустоту» теперь называют более осторожным слово «вакуум». Как мы видим, «вакуум» обладает физическими свойствами и притом такими, которые хорошо знакомы нам из явлений в твердых телах: нулевые колебания и поляризация». Д.И. Блохинцев «Элементарные частицы и поле».1950.сентябрь.
«Ученый это тот, кто всегда готов выслушать мнение других, но никогда не теряет самостоятельности суждений. Он должен избегать тенденциозных оценок, основанных на внешних признаках; он не должен отдавать предпочтения той или иной гипотезе. Не должен преклонятся перед тем или иным авторитетом в науке. Он должен почитать факты, а не людей, и его основным стремлением должна быть истина». Майкл Фарадей
«Бог по благому замыслу создает мир, точность и неизменность законов которого явственно свидетельствует о том, что сам мир - не случайное образование, а совершенное творение и в силу его совершенства у него необходимо должен быть Творец, замысливший и создавший столь удивительное и точно действующее произведение. Причем, относительно того, почему мир постоянно пребывает в действии и движении, которые не пересекаются, но происходят по одним и тем же законам, мнения расходятся: одни мыслители считают, что будучи раз заведенным, мир, совершенный по замыслу и устройству, продолжает действовать сам по себе (Лейбниц), другие - что, как и всякие часы, он нуждается либо в периодическом (Ньютон), либо в постоянном подзаводе своим мастером (Декарт)». Из кн. Д.В. Никулина. Пространство и время в метафизике 17-ого века. Новосибирск. Наука. 1993