Áèáëèîòåêà
Òåîëîãèÿ
ÊîíôåññèèÈíîñòðàííûå ÿçûêèÄðóãèå ïðîåêòû |
Êîììåíòàðèè (3) Ñàäîõèí À. Êîíöåïöèè ñîâðåìåííîãî åñòåñòâîçíàíèÿÎÃËÀÂËÅÍÈÅÃëàâà 5 Ñîâðåìåííûå êîíöåïöèè ôèçèêè5.1. Ñòðóêòóðíûå óðîâíè îðãàíèçàöèè ìàòåðèè ñàìîì îáùåì âèäå ìàòåðèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áåñêîíå÷íîå ìíîæåñòâî âñåõ ñîñóùåñòâóþùèõ â ìèðå îáúåêòîâ è ñèñòåì, ñîâîêóïíîñòü èõ ñâîéñòâ, ñâÿçåé, îòíîøåíèé è ôîðì äâèæåíèÿ. Ïðè ýòîì îíà âêëþ÷àåò â ñåáÿ íå òîëüêî âñå íåïîñðåäñòâåííî íàáëþäàåìûå îáúåêòû è òåëà ïðèðîäû, íî è âñå òî, ÷òî íå äàíî íàì â îùóùåíèÿõ. Âåñü îêðóæàþùèé íàñ ìèð — ýòî äâèæóùàÿñÿ ìàòåðèÿ â åå áåñêîíå÷íî ðàçíîîáðàçíûõ ôîðìàõ è ïðîÿâëåíèÿõ, ñî âñåìè ñâîéñòâàìè, ñâÿçÿìè è îòíîøåíèÿìè.  ýòîì ìèðå âñå îáúåêòû îáëàäàþò âíóòðåííåé óïîðÿäî÷åííîñòüþ è ñèñòåìíîé îðãàíèçàöèåé. Óïîðÿäî÷åííîñòü ïðîÿâëÿåòñÿ â çàêîíîìåðíîì äâèæåíèè è âçàèìîäåéñòâèè âñåõ ýëåìåíòîâ ìàòåðèè, áëàãîäàðÿ ÷åìó îíè îáúåäèíÿþòñÿ â ñèñòåìû. Âåñü ìèð, òàêèì îáðàçîì, ïðåäñòàåò êàê èåðàðõè÷åñêè îðãàíèçîâàííàÿ ñîâîêóïíîñòü ñèñòåì, ãäå ëþáîé îáúåêò îäíîâðåìåííî ÿâëÿåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíîé ñèñòåìîé è ýëåìåíòîì äðóãîé, áîëåå ñëîæíîé ñèñòåìû. Ñîãëàñíî ñîâðåìåííîé åñòåñòâåííî-íàó÷íîé êàðòèíå ìèðà âñå ïðèðîäíûå îáúåêòû òàêæå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óïîðÿäî÷åííûå, ñòðóêòóðèðîâàííûå, èåðàðõè÷åñêè îðãàíèçîâàííûå ñèñòåìû. Èñõîäÿ èç ñèñòåìíîãî ïîäõîäà ê ïðèðîäå âñÿ ìàòåðèÿ äåëèòñÿ íà äâà áîëüøèõ êëàññà ìàòåðèàëüíûõ ñèñòåì — íåæèâóþ è æèâóþ ïðèðîäó.  ñèñòåìå íåæèâîé ïðèðîäû ñòðóêòóðíûìè ýëåìåíòàìè ÿâëÿþòñÿ: ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû, àòîìû, ìîëåêóëû, ïîëÿ, ìàêðîñêîïè÷åñêèå òåëà, ïëàíåòû è ïëàíåòíûå ñèñòåìû, çâåçäû è çâåçäíûå ñèñòåìû, ãàëàêòèêè, ìåòàãàëàêòèêè è Âñåëåííàÿ â öåëîì. Ñîîòâåòñòâåííî â æèâîé ïðèðîäå îñíîâíûìè ýëåìåíòàìè âûñòóïàþò áåëêè è íóêëåèíîâûå êèñëîòû, êëåòêà, îäíîêëåòî÷íûå è ìíîãîêëåòî÷íûå îðãàíèçìû, îðãàíû è òêàíè, ïîïóëÿöèè, áèîöåíîçû, æèâîå âåùåñòâî ïëàíåòû.  òî æå âðåìÿ êàê íåæèâàÿ, òàê è æèâàÿ ìàòåðèÿ âêëþ÷àþò â ñåáÿ ðÿä âçàèìîñâÿçàííûõ ñòðóêòóðíûõ óðîâíåé. Ñòðóêòóðà — ýòî ñîâîêóïíîñòü ñâÿçåé ìåæäó ýëåìåíòàìè ñèñòåìû. Ïîýòîìó ëþáàÿ ñèñòåìà ñîñòîèò íå òîëüêî èç ïîäñèñòåì è ýëåìåíòîâ, íî è èç ðàçíîîáðàçíûõ ñâÿçåé ìåæäó íèìè. Âíóòðè ýòèõ óðîâíåé ãëàâíûìè ÿâëÿþò- 96 ñÿ ãîðèçîíòàëüíûå (êîîðäèíàöèîííûå) ñâÿçè, à ìåæäó óðîâíÿìè — âåðòèêàëüíûå (ñóáîðäèíàöèîííûå). Ñîâîêóïíîñòü ãîðèçîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ ñâÿçåé ïîçâîëÿåò ñîçäàòü èåðàðõè÷åñêóþ ñòðóêòóðó Âñåëåííîé, â êîòîðîé îñíîâíûì êâàëèôèêàöèîííûì ïðèçíàêîì ÿâëÿåòñÿ ðàçìåð îáúåêòà è åãî ìàññà, à òàêæå èõ ñîîòíîøåíèå ñ ÷åëîâåêîì. Íà îñíîâå ýòîãî êðèòåðèÿ âûäåëÿþò ñëåäóþùèå óðîâíè ìàòåðèè: ìèêðîìèð, ìàêðîìèð è ìåãàìèð. Ìèêðîìèð — îáëàñòü ïðåäåëüíî ìàëûõ, íåïîñðåäñòâåííî íåíàáëþäàåìûõ ìàòåðèàëüíûõ ìèêðîîáúåêòîâ, ïðîñòðàíñòâåííàÿ ðàçìåðíîñòü êîòîðûõ èñ÷èñëÿåòñÿ â äèàïàçîíå îò 10-8 äî 10-16 ñì, à âðåìÿ æèçíè — îò áåñêîíå÷íîñòè äî 10-24 ñ. Ñþäà îòíîñÿòñÿ ïîëÿ, ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû, ÿäðà, àòîìû è ìîëåêóëû. Ìàêðîìèð — ìèð ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ, ñîèçìåðèìûõ ïî ñâîèì ìàñøòàáàì ñ ÷åëîâåêîì è åãî ôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè. Íà ýòîì óðîâíå ïðîñòðàíñòâåííûå âåëè÷èíû âûðàæàþòñÿ â ìèëëèìåòðàõ, ñàíòèìåòðàõ, ìåòðàõ è êèëîìåòðàõ, à âðåìÿ — â ñåêóíäàõ, ìèíóòàõ, ÷àñàõ, äíÿõ è ãîäàõ.  ïðàêòè÷åñêîé äåéñòâèòåëüíîñòè ìàêðîìèð ïðåäñòàâëåí ìàêðîìîëåêóëàìè, âåùåñòâàìè â ðàçëè÷íûõ àãðåãàòíûõ ñîñòîÿíèÿõ, æèâûìè îðãàíèçìàìè, ÷åëîâåêîì è ïðîäóêòàìè åãî äåÿòåëüíîñòè, ò.å. ìàêðîòåëàìè. Ìåãàìèð — ñôåðà îãðîìíûõ êîñìè÷åñêèõ ìàñøòàáîâ è ñêîðîñòåé, ðàññòîÿíèå â êîòîðîé èçìåðÿåòñÿ àñòðîíîìè÷åñêèìè åäèíèöàìè, ñâåòîâûìè ãîäàìè è ïàðñåêàìè, à âðåìÿ ñóùåñòâîâàíèÿ êîñìè÷åñêèõ îáúåêòîâ — ìèëëèîíàìè è ìèëëèàðäàìè ëåò. Ê ýòîìó óðîâíþ ìàòåðèè îòíîñÿòñÿ íàèáîëåå êðóïíûå ìàòåðèàëüíûå îáúåêòû: çâåçäû, ãàëàêòèêè è èõ ñêîïëåíèÿ. Íà êàæäîì èç ýòèõ óðîâíåé äåéñòâóþò ñâîè ñïåöèôè÷åñêèå çàêîíîìåðíîñòè, íåñâîäèìûå äðóã ê äðóãó. Õîòÿ âñå ýòè òðè ñôåðû ìèðà òåñíåéøèì îáðàçîì ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Ñòðóêòóðà ìåãàìèðàÎñíîâíûìè ñòðóêòóðíûìè ýëåìåíòàìè ìåãàìèðà ÿâëÿþòñÿ ïëàíåòû è ïëàíåòíûå ñèñòåìû; çâåçäû è çâåçäíûå ñèñòåìû, îáðàçóþùèå ãàëàêòèêè; ñèñòåìû ãàëàêòèê, îáðàçóþùèå ìåòàãàëàêòèêè. Ïëàíåòû — íåñàìîñâåòÿùèåñÿ íåáåñíûå òåëà, ïî ôîðìå áëèçêèå ê øàðó, âðàùàþùèåñÿ âîêðóã çâåçä è îòðàæàþùèå èõ ñâåò.  ñèëó áëèçîñòè ê Çåìëå íàèáîëåå èçó÷åííûìè ÿâëÿþòñÿ ïëàíåòû Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, äâèãàþùèåñÿ âîêðóã Ñîëíöà ïî ýëëèïòè÷åñêèì îðáèòàì. Ê ýòîé ãðóïïå ïëàíåò îòíîñèòñÿ è íàøà Çåìëÿ, ðàñïîëîæåííàÿ îò Ñîëíöà íà ðàññòîÿíèè 150 ìëí. êì. Çâåçäû — ñâåòÿùèåñÿ (ãàçîâûå) êîñìè÷åñêèå îáúåêòû, îáðàçóþùèåñÿ èç ãàçîâî-ïûëåâîé ñðåäû (ïðåèìóùåñòâåííî âîäîðîäà è ãåëèÿ) â ðåçóëüòàòå ãðàâèòàöèîííîé êîíäåíñàöèè. Çâåçäû óäàëåíû 97 äðóã îò äðóãà íà îãðîìíûå ðàññòîÿíèÿ è òåì ñàìûì èçîëèðîâàíû äðóã îò äðóãà. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî çâåçäû ïðàêòè÷åñêè íå ñòàëêèâàþòñÿ äðóã ñ äðóãîì, õîòÿ äâèæåíèå êàæäîé èç íèõ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëîé òÿãîòåíèÿ, ñîçäàâàåìîé âñåìè çâåçäàìè Ãàëàêòèêè. ×èñëî çâåçä â Ãàëàêòèêå — ïîðÿäêà òðèëëèîíà. Ñàìûå ìíîãî÷èñëåííûå èç íèõ — êàðëèêè, ìàññû êîòîðûõ ïðèìåðíî â 10 ðàç ìåíüøå ìàññû Ñîëíöà.  çàâèñèìîñòè îò ìàññû çâ¸çäû â ïðîöåññå ýâîëþöèè ñòàíîâÿòñÿ ëèáî áåëûìè êàðëèêàìè, ëèáî íåéòðîííûìè çâåçäàìè, ëèáî ÷åðíûìè äûðàìè. Áåëûé êàðëèê — ýòî ýëåêòðîííàÿ ïîñòçâåçäà, îáðàçóþùàÿñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà çâåçäà íà ïîñëåäíåì ýòàïå ñâîåé ýâîëþöèè èìååò ìàññó, ìåíüøóþ 1,2 ñîëíå÷íîé ìàññû. Äèàìåòð áåëîãî êàðëèêà ðàâåí äèàìåòðó íàøåé Çåìëè, òåìïåðàòóðà äîñòèãàåò îêîëî ìèëëèàðäà ãðàäóñîâ, à ïëîòíîñòü — 10 ò/ñì3, ò.å. â ñîòíè ðàç áîëüøå çåìíîé ïëîòíîñòè. Íåéòðîííûå çâåçäû âîçíèêàþò íà çàêëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè çâåçä, îáëàäàþùèõ ìàññîé îò 1,2 äî 2 ñîëíå÷íûõ ìàññ. Âûñîêèå òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå â íèõ ñîçäàþò óñëîâèÿ äëÿ îáðàçîâàíèÿ áîëüøîãî êîëè÷åñòâà íåéòðîíîâ.  ýòîì ñëó÷àå ïðîèñõîäèò î÷åíü áûñòðîå ñæàòèå çâåçäû, â õîäå êîòîðîãî â íàðóæíûõ åå ñëîÿõ íà÷èíàåòñÿ áóðíîå ïðîòåêàíèå ÿäåðíûõ ðåàêöèé. Ïðè ýòîì âûäåëÿåòñÿ òàê ìíîãî ýíåðãèè, ÷òî ïðîèñõîäèò âçðûâ ñ ðàçáðîñîì íàðóæíîãî ñëîÿ çâåçäû. Âíóòðåííèå æå åå îáëàñòè ñòðåìèòåëüíî ñæèìàþòñÿ. Îñòàâøèéñÿ îáúåêò è ïîëó÷èë íàçâàíèå íåéòðîííîé çâåçäû, ïîñêîëüêó îí ñîñòîèò èç ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ. Íåéòðîííûå çâåçäû òàêæå íàçûâàþò ïóëüñàðàìè. ×åðíûå äûðû — ýòî çâåçäû, íàõîäÿùèåñÿ íà çàêëþ÷èòåëüíîì ýòàïå ñâîåãî ðàçâèòèÿ, ìàññà êîòîðûõ ïðåâûøàåò 2 ñîëíå÷íûå ìàññû, è èìåþùèå äèàìåòð îò 10 äî 20 êì. Òåîðåòè÷åñêèå ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî îíè îáëàäàþò ãèãàíòñêîé ìàññîé (1015 ã) è àíîìàëüíî ñèëüíûì ãðàâèòàöèîííûì ïîëåì. Ñâîå íàçâàíèå îíè ïîëó÷èëè ïîòîìó, ÷òî íå îáëàäàþò ñâå÷åíèåì, à çà ñ÷åò ñâîåãî ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ çàõâàòûâàþò èç ïðîñòðàíñòâà âñå êîñìè÷åñêèå òåëà è èçëó÷åíèå, êîòîðûå íå ìîãóò âûéòè èç íèõ îáðàòíî, îíè êàê áû ïðîâàëèâàþòñÿ â íèõ (çàòÿãèâàþòñÿ, êàê â äûðó). Èç-çà ñèëüíîé ãðàâèòàöèè íèêàêîå çàõâà÷åííîå ìàòåðèàëüíîå òåëî íå ìîæåò âûéòè çà ïðåäåëû ãðàâèòàöèîííîãî ðàäèóñà îáúåêòà, è ïîýòîìó îíè êàæóòñÿ íàáëþäàòåëþ «÷åðíûìè». Çâåçäíûå ñèñòåìû (çâåçäíûå ñêîïëåíèÿ) — ãðóïïû çâåçä, ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé ñèëàìè òÿãîòåíèÿ, èìåþùèå ñîâìåñòíîå ïðîèñõîæäåíèå, ñõîäíûé õèìè÷åñêèé ñîñòàâ è âêëþ÷àþùèå â ñåáÿ äî ñîòåí òûñÿ÷ îòäåëüíûõ çâåçä. Ñóùåñòâóþò ðàññåÿííûå çâåçäíûå ñèñòåìû, íàïðèìåð Ïëåÿäû â ñîçâåçäèè Òåëüöà. Òàêèå ñèñòåìû íå èìåþò ïðàâèëüíîé ôîðìû.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíî áîëåå òûñÿ÷è 98 çâåçäíûõ ñèñòåì. Êðîìå òîãî, ê çâåçäíûì ñèñòåìàì îòíîñÿòñÿ øàðîâûå çâåçäíûå ñêîïëåíèÿ, íàñ÷èòûâàþùèå â ñâîåì ñîñòàâå ñîòíè òûñÿ÷ çâåçä. Ñèëû òÿãîòåíèÿ óäåðæèâàþò çâåçäû â òàêèõ ñêîïëåíèÿõ ìèëëèàðäû ëåò.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ó÷åíûì èçâåñòíî îêîëî 150 øàðîâûõ ñêîïëåíèé. Ãàëàêòèêè — ñîâîêóïíîñòè çâåçäíûõ ñêîïëåíèé. Ïîíÿòèå «ãàëàêòèêà» â ñîâðåìåííîé èíòåðïðåòàöèè îçíà÷àåò îãðîìíûå çâåçäíûå ñèñòåìû. Ýòîò òåðìèí (îò ãðå÷. «ìîëîêî, ìîëî÷íûé») áûë ââåäåí â îáèõîä äëÿ îáîçíà÷åíèÿ íàøåé çâåçäíîé ñèñòåìû, ïðåäñòàâëÿþùåé ñîáîé òÿíóùóþñÿ ÷åðåç âñå íåáî ñâåòëóþ ïîëîñó ñ ìîëî÷íûì îòòåíêîì è ïîýòîìó íàçâàííóþ Ìëå÷íûì Ïóòåì. Óñëîâíî ïî âíåøíåìó âèäó ãàëàêòèêè ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè âèäà. Ê ïåðâîìó (îêîëî 80%) îòíîñÿòñÿ ñïèðàëüíûå ãàëàêòèêè. Ó ýòîãî âèäà îò÷åòëèâî íàáëþäàþòñÿ ÿäðî è ñïèðàëüíûå «ðóêàâà». Âòîðîé âèä (îêîëî 17%) âêëþ÷àåò ýëëèïòè÷åñêèå ãàëàêòèêè, ò.å. òàêèå, êîòîðûå èìåþò ôîðìó ýëëèïñà. Ê òðåòüåìó âèäó (ïðèìåðíî 3%) îòíîñÿòñÿ ãàëàêòèêè íåïðàâèëüíîé ôîðìû, êîòîðûå íå èìåþò îò÷åòëèâî âûðàæåííîãî ÿäðà. Êðîìå òîãî, ãàëàêòèêè ðàçëè÷àþòñÿ ðàçìåðàìè, ÷èñëîì âõîäÿùèõ â íèõ çâåçä è ñâåòèìîñòüþ. Âñå ãàëàêòèêè íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè äâèæåíèÿ, ïðè÷åì ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè ïîñòîÿííî óâåëè÷èâàåòñÿ, ò.å. ïðîèñõîäèò âçàèìíîå óäàëåíèå (ðàçáåãàíèå) ãàëàêòèê äðóã îò äðóãà. Íàøà Ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà ïðèíàäëåæèò ê ãàëàêòèêå Ìëå÷íîãî Ïóòè, âêëþ÷àþùåé íå ìåíåå 100 ìëðä. çâåçä è ïîýòîìó îòíîñÿùåéñÿ ê ðàçðÿäó ãèãàíòñêèõ ãàëàêòèê. Îíà èìååò ñïëþñíóòóþ ôîðìó, â öåíòðå êîòîðîé íàõîäèòñÿ ÿäðî ñ îòõîäÿùèìè îò íåãî ñïèðàëüíûìè «ðóêàâàìè». Äèàìåòð íàøåé Ãàëàêòèêè ñîñòàâëÿåò îêîëî 100 òûñ., à òîëùèíà — 10 òûñ. ñâåòîâûõ ëåò. Ñîñåäíåé ñ íàìè ÿâëÿåòñÿ ãàëàêòèêà Òóìàííîñòü Àíäðîìåäû. Ìåòàãàëàêòèêà — ñèñòåìà ãàëàêòèê, âêëþ÷àþùàÿ âñå èçâåñòíûå êîñìè÷åñêèå îáúåêòû. Ïîñêîëüêó ìåãàìèð èìååò äåëî ñ áîëüøèìè ðàññòîÿíèÿìè, òî äëÿ èçìåðåíèÿ ýòèõ ðàññòîÿíèé ðàçðàáîòàíû ñëåäóþùèå ñïåöèàëüíûå åäèíèöû:
99 Ñòðóêòóðà ìàêðîìèðàÊàæäûé ñòðóêòóðíûé óðîâåíü ìàòåðèè â ñâîåì ðàçâèòèè ïîä÷èíÿåòñÿ ñïåöèôè÷åñêèì çàêîíàì, íî ïðè ýòîì ìåæäó ýòèìè óðîâíÿìè íåò ñòðîãèõ è æåñòêèõ ãðàíèö, âñå îíè òåñíåéøèì îáðàçîì ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Ãðàíèöû ìèêðî- è ìàêðîìèðà ïîäâèæíû, íå ñóùåñòâóåò îòäåëüíîãî ìèêðîìèðà è îòäåëüíîãî ìàêðîìèðà. Åñòåñòâåííî, ÷òî ìàêðîîáúåêòû è ìåãàîáúåêòû ïîñòðîåíû èç ìèêðîîáúåêòîâ. Òåì íå ìåíåå, âûäåëèì âàæíåéøèå îáúåêòû ìàêðîìèðà. Öåíòðàëüíûì ïîíÿòèåì ìàêðîìèðà ÿâëÿåòñÿ ïîíÿòèå âåùåñòâà, êîòîðîå â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå, ÿâëÿþùåéñÿ ôèçèêîé ìàêðîìèðà, îòäåëÿþò îò ïîëÿ. Ïîä âåùåñòâîì ïîíèìàþò âèä ìàòåðèè, îáëàäàþùèé ìàññîé ïîêîÿ. Îíî ñóùåñòâóåò äëÿ íàñ â âèäå ôèçè÷åñêèõ òåë, êîòîðûå îáëàäàþò íåêîòîðûìè îáùèìè ïàðàìåòðàìè — óäåëüíîé ìàññîé, òåìïåðàòóðîé, òåïëîåìêîñòüþ, ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ èëè óïðóãîñòüþ, òåïëî- è ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ, ìàãíèòíûìè ñâîéñòâàìè è ò.ï. Âñå ýòè ïàðàìåòðû ìîãóò èçìåíÿòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ êàê îò îäíîãî âåùåñòâà ê äðóãîìó, òàê è äëÿ îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà â çàâèñèìîñòè îò âíåøíèõ óñëîâèé. Ñòðóêòóðà ìèêðîìèðàÍà ðóáåæå XIX—XX ââ. â åñòåñòâåííî-íàó÷íîé êàðòèíå ìèðà ïðîèçîøëè ðàäèêàëüíûå èçìåíåíèÿ, âûçâàííûå íîâåéøèìè íàó÷íûìè îòêðûòèÿìè â îáëàñòè ôèçèêè è çàòðîíóâøèå åå îñíîâîïîëàãàþùèå èäåè è óñòàíîâêè.  ðåçóëüòàòå íàó÷íûõ îòêðûòèé áûëè îïðîâåðãíóòû òðàäèöèîííûå ïðåäñòàâëåíèÿ êëàññè÷åñêîé ôèçèêè îá àòîìíîé ñòðóêòóðå âåùåñòâà. Îòêðûòèå ýëåêòðîíà îçíà÷àëî óòðàòó àòîìîì ñòàòóñà ñòðóêòóðíî íåäåëèìîãî ýëåìåíòà ìàòåðèè è òåì ñàìûì êîðåííóþ òðàíñôîðìàöèþ êëàññè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé îá îáúåêòèâíîé ðåàëüíîñòè. Íîâûå îòêðûòèÿ ïîçâîëèëè:
Êîíöåïöèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ïåðåõîä åñòåñòâåííî-íàó÷íûõ çíàíèé ñ àòîìíîãî óðîâíÿ íà óðîâåíü ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ïðèâåë ó÷åíûõ ê çàêëþ÷åíèþ, ÷òî ïîíÿòèÿ è ïðèíöèïû êëàññè÷åñêîé ôèçèêè îêàçûâàþòñÿ íåïðèìåíèìûìè ê èññëåäîâàíèþ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåëü÷àéøèõ ÷àñòèö ìàòåðèè (ìèêðîîáúåêòîâ), òàêèõ, êàê 100 ýëåêòðîíû, ïðîòîíû, íåéòðîíû, àòîìû, êîòîðûå îáðàçóþò íåâèäèìûé íàìè ìèêðîìèð.  ñèëó îñîáûõ ôèçè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé ñâîéñòâà îáúåêòîâ ìèêðîìèðà ñîâåðøåííî íå ïîõîæè íà ñâîéñòâà îáúåêòîâ ïðèâû÷íîãî íàì ìàêðîìèðà è äàëåêîãî ìåãàìèðà. Îòñþäà âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü îòêàçà îò ïðèâû÷íûõ ïðåäñòàâëåíèé, êîòîðûå íàâÿçàíû íàì ïðåäìåòàìè è ÿâëåíèÿìè ìàêðîìèðà. Ïîèñêè íîâûõ ñïîñîáîâ îïèñàíèÿ ìèêðîîáúåêòîâ ñïîñîáñòâîâàëè ñîçäàíèþ êîíöåïöèè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ñîãëàñíî ýòîé êîíöåïöèè îñíîâíûìè ýëåìåíòàìè ñòðóêòóðû ìèêðîìèðà âûñòóïàþò ìèêðî÷àñòèöû ìàòåðèè, êîòîðûå íå ÿâëÿþòñÿ íè àòîìàìè, íè àòîìíûìè ÿäðàìè, íå ñîäåðæàò â ñåáå êàêèõ-ëèáî äðóãèõ ýëåìåíòîâ è îáëàäàþò íàèáîëåå ïðîñòûìè ñâîéñòâàìè. Òàêèå ÷àñòèöû áûëè íàçâàíû ýëåìåíòàðíûìè, ò.å. ñàìûìè ïðîñòûìè, íå èìåþùèìè â ñåáå íèêàêèõ ñîñòàâíûõ ÷àñòåé. Ïîñëå òîãî êàê áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî àòîì íå ÿâëÿåòñÿ ïîñëåäíèì «êèðïè÷èêîì» ìèðîçäàíèÿ, à ïîñòðîåí èç áîëåå ïðîñòûõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, èõ ïîèñê çàíÿë ãëàâíîå ìåñòî â èññëåäîâàíèÿõ ôèçèêîâ. Èñòîðèÿ îòêðûòèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ ÷àñòèö íà÷àëàñü â êîíöå XIX â., êîãäà â 1897 ã. àíãëèéñêèé ôèçèê Äæ. Òîìñîí îòêðûë ïåðâóþ ýëåìåíòàðíóþ ÷àñòèöó — ýëåêòðîí. Èñòîðèÿ îòêðûòèÿ âñåõ èçâåñòíûõ ñåãîäíÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö âêëþ÷àåò äâà ýòàïà. Ïåðâûé ýòàï ïðèõîäèòñÿ íà 30—50-å ãã. XX â. Ê íà÷àëó 1930-õ ãã. áûëè îòêðûòû ïðîòîí è ôîòîí, â 1932 ã. — íåéòðîí, à ñïóñòÿ ÷åòûðå ãîäà — ïåðâàÿ àíòè÷àñòèöà — ïîçèòðîí, êîòîðàÿ ïî ìàññå ðàâíà ýëåêòðîíó, íî èìååò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä. Ê êîíöó ýòîãî ïåðèîäà ñòàëî èçâåñòíî î 32 ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèöàõ, ïðè÷åì êàæäàÿ íîâàÿ ÷àñòèöà áûëà ñâÿçàíà ñ îòêðûòèåì ïðèíöèïèàëüíî íîâîãî êðóãà ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Âòîðîé ýòàï ïðèõîäèòñÿ íà 1960-å ãã., êîäà îáùåå ÷èñëî èçâåñòíûõ ÷àñòèö ïðåâûñèëî 200. Íà ýòîì ýòàïå îñíîâíûì ñðåäñòâîì îòêðûòèÿ è èññëåäîâàíèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ñòàëè óñêîðèòåëè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö.  1970-80-å ãã. ïîòîê îòêðûòèé íîâûõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö óñèëèëñÿ, è ó÷åíûå çàãîâîðèëè î ñåìåéñòâàõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Íà äàííûé ìîìåíò íàóêå èçâåñòíî áîëåå 350 ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, ðàçëè÷àþùèõñÿ ìàññîé, çàðÿäîì, ñïèíîì, âðåìåíåì æèçíè è åùå ðÿäîì ôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Âñå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû îáëàäàþò íåêîòîðûìè îáùèìè ñâîéñòâàìè. Îäíî èç íèõ — ñâîéñòâî êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîãî äóàëèçìà, ò.å. íàëè÷èå ó âñåõ ìèêðîîáúåêòîâ êàê ñâîéñòâ âîëíû, òàê è ñâîéñòâ âåùåñòâà. Äðóãèì îáùèì ñâîéñòâîì ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ïî÷òè ó âñåõ ÷àñòèö (êðîìå ôîòîíà è äâóõ ìåçîíîâ) ñâîèõ àíòè÷àñòèö. Àíòè÷àñòèöû — ýòî ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû, ñõîæèå ñ ÷àñòèöàìè ïî âñåì ïðèçíàêàì, íî îòëè÷àþùèåñÿ ïðîòèâîïîëîæíûìè çíàêàìè ýëåêòðè÷åñêîãî çà- 101 ðÿäà è ìàãíèòíîãî ìîìåíòà. Ïîñëå îòêðûòèÿ áîëüøîãî ÷èñëà àíòè÷àñòèö ó÷åíûå çàãîâîðèëè î âîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ àíòèâåùåñòâà è äàæå àíòèìèðà. Ïðè ñîïðèêîñíîâåíèè âåùåñòâà ñ àíòèâåùåñòâîì ïðîèñõîäèò ïðîöåññ àííèãèëÿöèè — ïðåâðàùåíèå ÷àñòèö è àíòè÷àñòèö â ôîòîíû è ìåçîíû áîëüøèõ ýíåðãèé (âåùåñòâî ïðåâðàùàåòñÿ â èçëó÷åíèå). Åùå îäíèì âàæíåéøèì ñâîéñòâîì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ èõ óíèâåðñàëüíàÿ âçàèìîïðåâðàùàåìîñòü. Ýòîãî ñâîéñòâà íåò íè â ìàêðî-, íè â ìåãàìèðå. Êëàññèôèêàöèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû — îñíîâíûå «êèðïè÷èêè», èç êîòîðûõ ñîñòîèò êàê ìàòåðèÿ, òàê è ïîëå. Ïðè ýòîì âñå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû íåîäíîðîäíû: íåêîòîðûå èç íèõ ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíûìè (ïðîòîí, íåéòðîí), à äðóãèå — íåñîñòàâíûìè (ýëåêòðîí, íåéòðèíî, ôîòîí). ×àñòèöû, êîòîðûå íå ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíûìè, íàçûâàþò ôóíäàìåíòàëüíûìè.  öåëîì ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû îáëàäàþò äîâîëüíî áîëüøèì êîëè÷åñòâîì õàðàêòåðèñòèê. Íåêîòîðûå èç õàðàêòåðèñòèê ïîëîæåíû â îñíîâó êëàññèôèêàöèè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Òàê, îäíîé èç âàæíåéøèõ õàðàêòåðèñòèê ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ èõ ìàññà. Ìàññà ýëåìåíòàðíîé ÷àñòèöû — ýòî ìàññà åå ïîêîÿ, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïî îòíîøåíèþ ê ìàññå ïîêîÿ ýëåêòðîíà, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, ñ÷èòàåòñÿ ñàìîé ëåãêîé èç âñåõ ÷àñòèö, èìåþùèõ ìàññó.  çàâèñèìîñòè îò ìàññû ïîêîÿ âñå ÷àñòèöû ìîæíî ïîäðàçäåëèòü íà íåñêîëüêî ãðóïï:
Âòîðîé âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Îí âñåãäà êðàòåí ôóíäàìåíòàëüíîé åäèíèöå çàðÿäà — çàðÿäó ýëåêòðîíà (—1), êîòîðûé ðàññìàòðèâàåòñÿ â êà÷åñòâå åäèíèöû îòñ÷åòà çàðÿäîâ. Çàðÿä ÷àñòèö ìîæåò áûòü îòðèöàòåëüíûì, ïîëîæèòåëüíûì ëèáî íóëåâûì. Êàê ïðåäïîëàãàþò ó÷åíûå, ñóùåñòâóþò òàêæå ÷àñòèöû ñ äðîáíûì ýëåêòðè÷åñêèì çàðÿäîì — êâàðêè, ýêñïåðèìåíòàëüíîå íàáëþäåíèå êîòîðûõ ïîêà íåâîçìîæíî. Òðåòüåé õàðàêòåðèñòèêîé ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ñëóæèò òèï ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, â êîòîðîì ó÷àñòâóþò ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû. Ïî äàííîìó ïîêàçàòåëþ âñå ìíîãîîáðàçèå ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ìîæíî ïîäðàçäåëèòü íà òðè ãðóïïû: 102
×åòâåðòîé îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö âûñòóïàåò âðåìÿ èõ æèçíè, êîòîðîå îïðåäåëÿåò èõ ñòàáèëüíîñòü èëè íåñòàáèëüíîñòü. Ïî âðåìåíè æèçíè ÷àñòèöû äåëÿòñÿ íà ñòàáèëüíûå, êâàçèñòàáèëüíûå è íåñòàáèëüíûå. Áîëüøèíñòâî ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö íåñòàáèëüíî, âðåìÿ èõ æèçíè ñîñòàâëÿåò 10-10— 10-24 ñ, ò.å. íåñêîëüêî ìèêðîñåêóíä. Ñòàáèëüíûå ÷àñòèöû íå ðàñïàäàþòñÿ äëèòåëüíîå âðåìÿ. Îíè ìîãóò ñóùåñòâîâàòü îò áåñêîíå÷íîñòè äî 10-10 ñ. Ñòàáèëüíûìè ÷àñòèöàìè ñ÷èòàþòñÿ ôîòîí, íåéòðèíî, íåéòðîí, ïðîòîí è ýëåêòðîí. Êâàçèñòàáèëüíûå ÷àñòèöû ðàñïàäàþòñÿ â ðåçóëüòàòå ýëåêòðîìàãíèòíîãî è ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèé, èíà÷å èõ íàçûâàþò ðåçîíàíñàìè. Âðåìÿ æèçíè ðåçîíàíñîâ ñîñòàâëÿåò îò 10-24 äî 10-26 ñ. Âàæíåéøåé õàðàêòåðèñòèêîé ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ ñïèí — ñîáñòâåííûé ìîìåíò êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ (èìïóëüñà) ÷àñòèöû.  êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå òàêàÿ âåëè÷èíà õàðàêòåðèçóåò âðàùåíèå òåëà, íàïðèìåð âîë÷êà. Íî áóêâàëüíûé ïåðåíîñ ýòîãî ïîíÿòèÿ íà ìèêðî÷àñòèöû òåðÿåò ñìûñë, ïîñêîëüêó ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû íåâîçìîæíî ïðåäñòàâèòü âðàùàþùèìèñÿ êðîõîòíûìè øàðèêàìè.  ôèçèêå ñïèí èíòåðïðåòèðóåòñÿ êàê âíóòðåííÿÿ ñòåïåíü ñâîáîäû ÷àñòèöû, îáåñïå÷èâàþùàÿ åé äîïîëíèòåëüíîå ôèçè÷åñêîå ñîñòîÿíèå.  îòëè÷èå îò êëàññè÷åñêîãî ìîìåíòà êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, êîòîðûé ìîæåò ïðèíèìàòü ëþáûå çíà÷åíèÿ, ñïèí ïðèíèìàåò òîëüêî ïÿòü âîçìîæíûõ çíà÷åíèé. Îí ìîæåò ðàâíÿòüñÿ öåëîìó (0, 1, 2) èëè ïîëóöåëîìó (1/2, 3/2) ÷èñëó. Ñâîéñòâà è ïîâåäåíèå ÷àñòèö ñóùåñòâåííî çàâèñÿò îò òîãî, öåëîå èëè ïîëóöåëîå çíà÷åíèå èìååò èõ ñïèí. ×àñòèöû ñ ïîëóöåëûì ñïèíîì íàçûâàþòñÿ ôåðìèîíàìè, à ñ öåëûì ñïèíîì — áîçîíàìè. Ôåðìèîíû — ýòî íå ÷òî èíîå, êàê ÷àñòèöû âåùåñòâà, êîòîðûå õîòÿ è îáëàäàþò âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè, íî â êëàññè÷åñêîì ïðåäåëå âîñïðèíèìàþòñÿ êàê èñòèííûå ÷àñòèöû. Ê íèì îòíîñÿòñÿ òàêèå èçâåñòíûå ÷àñòèöû, êàê ýëåêòðîíû, ïðîòîíû, íåéòðîíû, ñïèí êîòîðûõ ðàâåí 1/2. Èçâåñòíà ÷àñòèöà, ñïèí êîòîðîé ðàâåí 3/2, — îìåãà-ãèïåðîí. Âñå ýòè ÷àñòèöû îáëàäàþò ñâîéñòâîì, èìåþùèì õàðàêòåð 103 çàêîíà: ÷àñòèöû ñ ïîëóöåëûì ñïèíîì ìîãóò íàõîäèòüñÿ âìåñòå ëèøü ïðè óñëîâèè, ÷òî èõ ôèçè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ, ò.å. ñîâîêóïíîñòü õàðàêòåðèçóþùèõ ÷àñòèöó ïàðàìåòðîâ, íåîäèíàêîâû. Äàííûé çàêîí â êâàíòîâîé ìåõàíèêå íàçûâàåòñÿ çàïðåòîì Ïàóëè. Åñëè áû ýòîãî çàïðåòà íå ñóùåñòâîâàëî, òî åùå â ïåðâûå ìãíîâåíèÿ ñóùåñòâîâàíèÿ íàøåé Âñåëåííîé îáðàçîâàâøèåñÿ ÷àñòèöû âåùåñòâà ñëèïëèñü è ïðåâðàòèëèñü â áîëåå èëè ìåíåå îäíîðîäíîå «æåëå», íå ïîçâîëèâ îáðàçîâàòüñÿ ñîâðåìåííîé ñòðóêòóðíîé Âñåëåííîé. Áîçîíû — ýòî êâàíòû ïîëåé, êîòîðûå õîòÿ è îáëàäàþò êîðïóñêóëÿðíûìè ñâîéñòâàìè, îäíàêî â êëàññè÷åñêîì ïðåäåëå âûñòóïàþò êàê ïîëÿ. Íà íèõ çàïðåò Ïàóëè íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ. Ïðèìåðîì áîçîíîâ ñëóæèò ôîòîí, ñïèí êîòîðîãî ðàâåí 1, è ìåçîí, ñïèí êîòîðîãî ðàâåí 0. Âîçìîæíî, ñóùåñòâóþò ÷àñòèöû ñî ñïèíîì 2 — ãðàâèòîíû. Âñå ïåðå÷èñëåííûå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû ÿâëÿþòñÿ ïåðåíîñ÷èêàìè ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé. Òåîðèÿ êâàðêîâ.  ñåðåäèíå 60-õ ãã. XX â. ÷èñëî îòêðûòûõ àäðîíîâ ïðåâûñèëî ñîòíþ.  ñâÿçè ñ ýòèì âîçíèêëà ãèïîòåçà, ñîãëàñíî êîòîðîé íàáëþäàåìûå ÷àñòèöû íå îòðàæàþò ïðåäåëüíîãî óðîâíÿ äåëèìîñòè ìàòåðèè. Íà îñíîâå ýòîé ãèïîòåçû áûëà ñîçäàíà òåîðèÿ êâàðêîâ. Åå àâòîðàìè ñòàëè ôèçèêè Êàëèôîðíèéñêîãî óíèâåðñèòåòà Ì. Ãåëë-Ìàíí è Äæ. Öâåéã. Òåðìèí «êâàðê» îíè ïîçàèìñòâîâàëè èç ðîìàíà Äæ. Äæîéñà «Ïîìèíêè ïî Ôèííåãàíó», ãåðîþ êîòîðîãî ñíèëñÿ ñîí, â êîòîðîì ëåòàëè ÷àéêè è êðè÷àëè: «Òðè êâàðêà äëÿ ìèñòåðà Ìàðêà!». Ñàìî ïî ñåáå ñëîâî «êâàðê» íå èìååò êàêîãî-ëèáî ñìûñëîâîãî çíà÷åíèÿ è â ïåðåâîäå ñ íåìåöêîãî ÿçûêà îíî îçíà÷àåò «÷åïóõà», íî àâòîðû òåîðèè ïîíèìàëè åãî êàê ãèïîòåòè÷åñêèé ìàòåðèàëüíûé îáúåêò, ñóùåñòâîâàíèå êîòîðîãî åùå íå äîêàçàíî íàóêîé. Èìåÿ ôîðìó ãèïîòåçû, êâàðêîâàÿ òåîðèÿ òåì íå ìåíåå ïîçâîëèëà ñèñòåìàòèçèðîâàòü èçâåñòíûå ÷àñòèöû è ïðåäñêàçàòü ñóùåñòâîâàíèå íîâûõ. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè êâàðêîâ çàêëþ÷àþòñÿ â ñëåäóþùåì. Ààðîíû ñîñòîÿò èç áîëåå ìåëêèõ ÷àñòèö — êâàðêîâ, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé èñòèííî ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû è ïîýòîìó áåññòðóêòóðíû. Ãëàâíàÿ îñîáåííîñòü êâàðêîâ — èõ äðîáíûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Êâàðêè ìîãóò ñîåäèíÿòüñÿ äðóã ñ äðóãîì äâóìÿ ñïîñîáàìè — ïàðàìè è òðîéêàìè. Ñîåäèíåíèå òðåõ êâàðêîâ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ áàðèîíîâ, êâàðêà è àíòèêâàðêà — ê îáðàçîâàíèþ ìåçîíîâ, òðåõ àíòèêâàðêîâ — ê îáðàçîâàíèþ àíòèáàðèîíîâ. Áîëüøèíñòâî îáðàçóþùèõñÿ ÷àñòèö ÿâëÿþòñÿ áàðèîííûìè è ìåçîííûìè ðå-çîíàíñàìè. Ïðè òàêîì ñîåäèíåíèè äðîáíûå çàðÿäû ñóììèðóþòñÿ äî íóëÿ èëè åäèíèöû. Êâàðêè ðàçëè÷àþòñÿ àðîìàòîì è öâåòîì. Àðîìàò êâàðêà íå èìååò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê àðîìàòó, ïîíèìàåìîìó áóêâàëüíî (ò.å. êàê àðîìàò öâåòîâ, äóõîâ è ò.ï.), ýòî åãî îñîáàÿ ôèçè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà. Ñóùåñòâóåò øåñòü âèäîâ êâàðêîâ, ðàçëè÷àþùèõñÿ àðîìàòîì: 104 u (up — âåðõíèé), d (down — íèæíèé), s (strange — ñòðàííûé), ñ (charm — î÷àðîâàíèå), b (beauty — ïðåëåñòü), t (top — âåðõíèé). Èõ îáîçíà÷àþò ïåðâûìè áóêâàìè ñâîèõ íàçâàíèé. Êðîìå òîãî, ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî êàæäûé êâàðê èìååò îäèí èõ òðåõ âîçìîæíûõ öâåòîâ, êîòîðûå ñàìèìè ó÷åíûìè âûáðàíû ïðîèçâîëüíî: êðàñíûé, çåëåíûé, ñèíèé. Òàêæå ïîíÿòíî, ÷òî öâåò êâàðêà íå èìååò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê îáû÷íîìó îïòè÷åñêîìó öâåòó â ìàêðîìèðå. Öâåò êâàðêà, êàê è àðîìàò, — óñëîâíîå íàçâàíèå äëÿ îïðåäåëåííîé ôèçè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè ýòèõ ÷àñòèö. Öâåò êâàðêà ïðàêòè÷åñêè îçíà÷àåò ðàçíîâèäíîñòü «çàðÿäà» ñèëüíîãî ÿäåðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. «Çàðÿä» ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ â ôèçèêå èìåíóåòñÿ «öâåòîì». Êàæäûé êâàðê ìîæåò áûòü íîñèòåëåì îäíîãî èç òðåõ îñíîâíûõ «çàðÿäîâ», èëè öâåòîâ, — ñèíåãî, çåëåíîãî, êðàñíîãî. Èíà÷å ãîâîðÿ, êàæäûé êâàðê ìîæåò èìåòü «çàðÿä» êðàñíîãî öâåòà, èëè «çàðÿä» ñèíåãî öâåòà, èëè «çàðÿä» çåëåíîãî öâåòà. Ïîíÿòèå öâåòà áûëî ââåäåíî, ÷òîáû íå îòêàçûâàòüñÿ îò çàïðåòà Ïàóëè, òàê êàê â áàðèîííûõ è àíòèáàðèîííûõ ÷àñòèöàõ êâàðêè îäíîãî àðîìàòà ÷àñòî îêàçûâàëèñü âìåñòå. Íàïðèìåð, ïðîòîí ÿâëÿåòñÿ êîìáèíàöèåé êâàðêîâ uud, à íåéòðîí — udd. Êàæäîìó êâàðêó ñîîòâåòñòâóåò àíòèêâàðê ñ ïðîòèâîïîëîæíûì öâåòîì (àíòèêðàñíûé, àíòèçåëåíûé è àíòèñèíèé). Òàêèì îáðàçîì, 6 êâàðêîâ è 6 àíòèêâàðêîâ, ò.å. 12 ôóíäàìåíòàëüíûõ ÷àñòèö, ïðèçâàíû îáúÿñíèòü ïî÷òè âñå ìíîãîîáðàçèå ÷àñòèö, êðîìå ëåïòîíîâ. Ïðè îáúåäèíåíèè êâàðêîâ è àíòèêâàðêîâ äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ äâà óñëîâèÿ: 1) ñóììàðíûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä êâàðêîâ â àäðîíå äîëæåí 2) êâàðêè, ñîåäèíÿþùèåñÿ â àäðîí, äîëæíû ïîëíîñòüþ êîìïåí Êâàðêè îáúåäèíÿþòñÿ ìåæäó ñîáîé áëàãîäàðÿ ñèëüíîìó âçàèìîäåéñòâèþ. Ïåðåíîñ÷èêàìè ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ âûñòóïàþò ãëþîíû, êîòîðûå êàê áû «ñêëåèâàþò» êâàðêè ìåæäó ñîáîé. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî êâàðêè ó÷àñòâóþò òàêæå â ýëåêòðîìàãíèòíûõ è ñëàáûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ.  ýëåêòðîìàãíèòíîì âçàèìîäåéñòâèè êâàðêè íå ìåíÿþò ñâîåãî öâåòà è àðîìàòà.  ñëàáûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ êâàðêè ìåíÿþò àðîìàò, íî ñîõðàíÿþò öâåò. Äîëãîå âðåìÿ ó÷åíûå ïûòàëèñü îáíàðóæèòü êâàðêè â ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ, äîâîäÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé â íèõ äî î÷åíü âûñîêèõ çíà÷åíèé, íî ñäåëàòü ýòîãî íå óäàëîñü. Ó÷åíûì ïðèøëîñü ïðèçíàòü, ÷òî çàêîíû íàøåãî ìèðà çàïðåùàþò ñóùåñòâîâàíèå îòäåëüíûõ ÷àñòèö ñ äðîáíûì ýëåêòðè÷åñêèì çàðÿäîì. Îäíàêî â 1969 ã. 105 â Ñòýíôîðäñêîì óíèâåðñèòåòå ÑØÀ áûëè ïðîâåäåíû îïûòû, äîêàçàâøèå ñóùåñòâîâàíèå êâàðêîâ.  õîäå ýêñïåðèìåíòîâ ïðè áîìáàðäèðîâêå ýëåêòðîíàìè ïðîòîíîâ áüèî îáíàðóæåíî, ÷òî ýëåêòðîíû êàê áû íàëåòàëè íà òâåðäûå êðîõîòíûå âêðàïëåíèÿ è îòñêàêèâàëè îò íèõ ïîä ñàìûìè íåâåðîÿòíûìè óãëàìè. Ó÷åíûå ïðåäïîëîæèëè, ÷òî ýòè òâåðäûå âêðàïëåíèÿ è áûëè êâàðêàìè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ òåîðèÿ êâàðêîâ ïðîäîëæàåò ðàçâèâàòüñÿ è óòî÷íÿòüñÿ, ïîýòîìó åå íåëüçÿ ñ÷èòàòü îêîí÷àòåëüíî ñôîðìèðîâàííîé. 5.2. Äâèæåíèå è ôèçè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèåÑâÿçü, âçàèìîäåéñòâèå è äâèæåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âàæíåéøèå àòðèáóòû ìàòåðèè, áåç êîòîðûõ íåâîçìîæíî åå ñóùåñòâîâàíèå. Äîëãîå âðåìÿ â íàó÷íîé êàðòèíå ìèðà âåäóùàÿ ðîëü îòâîäèëàñü äâèæåíèþ. Îíî ñ÷èòàëîñü âàæíåéøåé õàðàêòåðèñòèêîé ìàòåðèè.  øèðîêîì ñìûñëå äâèæåíèå òðàêòîâàëîñü êàê ëþáîå èçìåíåíèå, ïðîèñõîäÿùåå â ïðèðîäå. Íî â ôèçèêå äâèæåíèå ïîíèìàëîñü êàê ìåõàíè÷åñêîå ïåðåìåùåíèå, èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ òåëà â ïðîñòðàíñòâå ñ òå÷åíèåì âðåìåíè îòíîñèòåëüíî âûáðàííîé òî÷êè îòñ÷åòà. Ïðè ýòîì ïðèçíàâàëîñü, ÷òî â ìèðå ñóùåñòâóþò è äðóãèå ôîðìû äâèæåíèÿ: áèîëîãè÷åñêàÿ, ñîöèàëüíàÿ, õèìè÷åñêàÿ, ãåîëîãè÷åñêàÿ è äð. Íåñìîòðÿ íà êà÷åñòâåííîå ðàçíîîáðàçèå, ó âñåõ ôîðì äâèæåíèÿ åñòü îäíà îáùàÿ ÷åðòà. Âñå îíè ñâîäÿòñÿ ê âçàèìîäåéñòâèþ òåë, êîòîðîå îáóñëîâëèâàåò ñîåäèíåíèå ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëüíûõ ýëåìåíòîâ â ñèñòåìû, èõ ñòðóêòóðíûå ñâÿçè è êîíòàêòû ñ äðóãèìè ìàòåðèàëüíûìè ñèñòåìàìè. Âçàèìîäåéñòâèå — óíèâåðñàëüíàÿ ôîðìà äâèæåíèÿ è ðàçâèòèÿ, îíî îïðåäåëÿåò ñóùåñòâîâàíèå è ñòðóêòóðíóþ îðãàíèçàöèþ ëþáîé ìàòåðèàëüíîé ñèñòåìû. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî âñå ñâîéñòâà òåë ïðîèçâîäíû îò âçàèìîäåéñòâèé. Äëÿ âñÿêîãî îáúåêòà ñóùåñòâîâàòü — çíà÷èò âçàèìîäåéñòâîâàòü, ò.å. êàêèì-ëèáî îáðàçîì ïðîÿâëÿòü ñåáÿ ïî îòíîøåíèþ ê äðóãèì òåëàì, íàõîäèòüñÿ ñ íèìè â îáúåêòèâíûõ îòíîøåíèÿõ. Âçàèìîäåéñòâèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàçâåðòûâàþùèéñÿ âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå ïðîöåññ âîçäåéñòâèÿ îäíèõ îáúåêòîâ íà äðóãèå ïóòåì îáìåíà ìàòåðèåé è äâèæåíèåì. Âçàèìîäåéñòâèå âñåãäà âûñòóïàåò êàê äâèæåíèå ìàòåðèè, à ëþáîå äâèæåíèå âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàçëè÷íûå âèäû âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïî ñóùåñòâó, ýòè ïîíÿòèÿ ñîâïàäàþò, õîòÿ ÷àñòî óïîòðåáëÿþòñÿ â ðàçíûõ êîíòåêñòàõ. Êîãäà ìû ãîâîðèì î äâèæåíèè, òî èìååì â âèäó íå ñòîëüêî âíóòðåííèå èçìåíåíèÿ, îñíîâàííûå íà ñòðóêòóðíûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû, ñêîëüêî âíåøíåå ïðîñòðàíñòâåííîå ïåðåìåùåíèå òåë, ãäå âçàèìîäåéñòâèÿ êàê áóäòî íå âèäíî. Íî åñëè âçãëÿíóòü ãëóáæå, òî è ïðè ïðîñòðàíñòâåííîì ïåðåìåùåíèè òåë îáÿçàòåëüíî åñòü èõ âçàèìîäåéñòâèå ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé è ìàòåðèàëüíûìè ïîëÿìè, â ðå- 106 çóëüòàòå ÷åãî èçìåíÿþòñÿ ñâîéñòâà òåë. Íå ñóùåñòâóåò òàêîãî äâèæåíèÿ, â ñîäåðæàíèè êîòîðîãî íå áûëî áû âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåìåíòîâ ìàòåðèè.  òî æå âðåìÿ âñÿêîå âçàèìîäåéñòâèå âûñòóïàåò êàê îïðåäåëåííîå èçìåíåíèå è äâèæåíèå. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ Îïèñàíèå ïðîöåññà âçàèìîäåéñòâèÿ, ðàñêðûòèå åãî ìåõàíèçìà è ôîðì ïðîÿâëåíèÿ ñîñòàâëÿþò îäíó èç öåíòðàëüíûõ çàäà÷ âñåé ôèçèêè.  êîíòåêñòå ýòîé çàäà÷è â íàóêå ñôîðìèðîâàëèñü äâà ðàçëè÷íûõ ñïîñîáà îïèñàíèÿ ìåõàíèçìà ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, îñíîâûâàþùèåñÿ íà ïðèíöèïàõ äàëüíîäåéñòâèÿ è áëèçêîäåéñòâèÿ. Èñòîðè÷åñêè ïåðâûì áûë ñôîðìóëèðîâàí ïðèíöèï äàëüíîäåéñòâèÿ. Êàê áûëî îòìå÷åíî ðàíåå, åãî àâòîðîì ñòàë È. Íüþòîí, êîòîðûé ñ ïîìîùüþ äàííîãî ïðèíöèïà ïûòàëñÿ îáúÿñíèòü ìåõàíèçì äåéñòâèÿ ãðàâèòàöèîííûõ ñèë. Ñîãëàñíî ïðèíöèïó äàëüíîäåéñòâèÿ âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó òåëàìè ïðîèñõîäèò ìãíîâåííî íà ëþáîì ðàññòîÿíèè, áåç êàêèõ-ëèáî ìàòåðèàëüíûõ íîñèòåëåé è ïîñðåäíèêîâ (àãåíòîâ âçàèìîäåéñòâèÿ).  XIX â. áûë ñôîðìóëèðîâàí ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ, êîòîðûé â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñóùåñòâóåò â äâóõ âàðèàíòàõ. Ïåðâûé âàðèàíò áûë ïðåäëîæåí Ì. Ôàðàäååì, êîòîðûé ñ÷èòàë, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó òåëàìè ïåðåíîñèòñÿ ïîëåì îò òî÷êè ê òî÷êå ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ.  XX â. ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ áûë óòî÷íåí, â åãî ñîâðåìåííîì âàðèàíòå óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî êàæäîå ôóíäàìåíòàëüíîå ôèçè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå ïåðåíîñèòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì ïîëåì îò òî÷êè ê òî÷êå ñî ñêîðîñòüþ, íå ïðåâûøàþùåé ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå. Îáû÷íî ïðè ôèçè÷åñêîì âçàèìîäåéñòâèè ìåæäó äâóìÿ òåëàìè ïðîèñõîäèò ÷àñòè÷íûé îáìåí èìïóëüñîì è ýíåðãèåé. Åñëè ðàññìîòðåòü ýòîò ïðîöåññ áîëåå äåòàëüíî, òî ìû óâèäèì, ÷òî â îäèí ìîìåíò âðåìåíè ïåðâûé îáúåêò ïîòåðÿë äîëè èìïóëüñà è ýíåðãèè, à âòîðîé îáúåêò â ñëåäóþùèé ìîìåíò âðåìåíè èõ ïðèîáðåë.  ïðîìåæóòêå ìåæäó ïåðâûì è âòîðûì ìîìåíòàìè âðåìåíè èìïóëüñ è ýíåðãèÿ äîëæíû ïðèíàäëåæàòü êàêîìó-òî òðåòüåìó ìàòåðèàëüíîìó îáúåêòó — ïîñðåäíèêó, êîòîðûé äîëæåí ïåðåìåñòèòüñÿ îò ïåðâîãî îáúåêòà êî âòîðîìó, çàòðàòèâ íà ýòî êàêîå-òî âðåìÿ. Íà íåáîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ ýòèì äîïîëíèòåëüíûì âðåìåíåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Òàê, êîãäà ìû íàæèìàåì êíîïêó âûêëþ÷àòåëÿ, ñâåò äëÿ íàñ çàãîðàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ìãíîâåííî. Îäíàêî ÷òîáû ñâåò äîøåë îò Ñîëíöà äî Çåìëè, òðåáóåòñÿ óæå îêîëî 8 ìèíóò, ò.å. âðåìÿ äëÿ ïåðåíîñà âçàèìîäåéñòâèÿ ñòàíîâèòñÿ çàìåòíûì. Òàêèì îáðàçîì, ñ òî÷êè çðåíèÿ ñîâðåìåííîé íàóêè ôèçè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå âñåãäà ïîä÷èíÿåòñÿ ïðèíöèïó áëèçêîäåéñòâèÿ, ò.å. 107 èäåò ñ íåêîòîðûì çàïàçäûâàíèåì. Íî âî ìíîãèõ çàäà÷àõ, îïèñûâàþùèõ ìåõàíè÷åñêèå ïðîöåññû ñ ìåäëåííî äâèæóùèìèñÿ îáúåêòàìè, ýòèì çàïàçäûâàíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü è ïðèáëèæåííî ñ÷èòàòü åãî íóëåâûì. Ñëåäîâàòåëüíî, ìíîãèå ïðîöåññû ìîæíî îïèñûâàòü, èñïîëüçóÿ ïðèáëèæåííûé ïðèíöèï äàëüíîäåéñòâèÿ.  XX â. ôèçèêà ñìîãëà åùå ãëóáæå ïðîíèêíóòü â òàéíû ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ïîíÿòü åãî ìåõàíèçì íà óðîâíå ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â ìèêðîìèðå. Òàêæå óäàëîñü ñâåñòè ìíîãî÷èñëåííûå âèäû âçàèìîäåéñòâèé, èçâåñòíûå â ôèçèêå, ê íåáîëüøîìó ÷èñëó ôóíäàìåíòàëüíûõ ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé. Ëþáûå ôîðìû äâèæåíèÿ, èçó÷àåìûå ôèçèêîé, åñòü ïðîÿâëåíèå ãëóáèííûõ ñâîéñòâ ìàòåðèè — òàê íàçûâàåìûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé. Ýòî ñèëû ãðàâèòàöèîííîãî, ýëåêòðîìàãíèòíîãî, ñèëüíîãî è ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèé.  îñíîâå êàæäîãî ôóíäàìåíòàëüíîãî ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëåæèò èçíà÷àëüíî ïðèñóùåå âåùåñòâó îñîáîå ñâîéñòâî, ïðèðîäó êîòîðîãî óäàñòñÿ âûÿñíèòü ëèøü â õîäå äàëüíåéøèõ èññëåäîâàíèé ïðèðîäû âåùåñòâà è âàêóóìà.  êà÷åñòâå íîñèòåëÿ ñïîñîáíîñòè ÷àñòèö ê âçàèìîäåéñòâèþ, à òàêæå êîëè÷åñòâåííîé ìåðîé ñàìîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñëóæèò ïîíÿòèå çàðÿäà. Êàæäàÿ ÷àñòèöà èçíà÷àëüíî îáëàäàåò îäíèì èëè íåñêîëüêèìè çàðÿäàìè, ïðè÷åì ìåæäó ñîáîé âçàèìîäåéñòâóþò òîëüêî îäíîòèïíûå çàðÿäû, à çàðÿäû ðàçíûõ òèïîâ äðóã äðóãà «íå çàìå÷àþò». Íàèìåíüøåå äèñêðåòíîå çíà÷åíèå çàðÿäà — êâàíò — íàçûâàþò åäèíè÷íûì çàðÿäîì. Ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ âî âñåõ ñëó÷àÿõ ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîèçâåäåíèþ çàðÿäîâ äâóõ âçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö, áîëåå ñëîæíî îíà çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó ÷àñòèöàìè. Ñîãëàñíî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì ëþáîå âçàèìîäåéñòâèå ïðîèñõîäèò â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïîì áëèçêîäåéñòâèÿ. Ïîýòîìó âçàèìîäåéñòâèå ëþáîãî âèäà äîëæíî èìåòü ñâîåãî ôèçè÷åñêîãî àãåíòà, áåç ïîñðåäíèêà îíî íå ïðîòåêàåò.  îñíîâå òàêîãî òðåáîâàíèÿ ëåæèò òîò ôàêò, ÷òî ñêîðîñòü ïåðåäà÷è âîçäåéñòâèÿ îãðàíè÷åíà ôóíäàìåíòàëüíûì ïðåäåëîì — ñêîðîñòüþ ñâåòà. Âîçäåéñòâèå ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç ñðåäó, ðàçäåëÿþùóþ âçàèìîäåéñòâóþùèå ÷àñòèöû. Òàêîé ñðåäîé ÿâëÿåòñÿ âàêóóì, êîòîðûé â îáûäåííîì ïðåäñòàâëåíèè àññîöèèðóåòñÿ ñ ïóñòîòîé. Íà ñàìîì äåëå âàêóóì — ýòî ðåàëüíàÿ ôèçè÷åñêàÿ ñèñòåìà, ïîëå ñ ìèíèìàëüíîé ýíåðãèåé. Èç íåãî ìîæíî ïîëó÷èòü âñå äðóãèå ñîñòîÿíèÿ ïîëÿ. Äëÿ ñîçäàíèÿ ìîäåëè ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íóæíî âñïîìíèòü, ÷òî ìàòåðèÿ ìîæåò áûòü ðàçäåëåíà íà ïîëå è âåùåñòâî, êîòîðûå ñîîòâåòñòâåííî ïðåäñòàâëåíû ÷àñòèöàìè-áîçîíàìè è ÷àñ-òèöàìè-ôåðìèîíàìè.  ïðîöåññå ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ âñåãäà ó÷àñòâóþò òîëüêî ÷àñòèöû-ôåðìèîíû (÷àñòèöû âåùåñòâà), à ïåðåíîñÿò âçàèìîäåéñòâèå ÷àñòèöû-áîçîíû (êâàíòû ïîëåé). 108 Òàêèì îáðàçîì, òåîðèÿ ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ èñïîëüçóåò ñëåäóþùóþ ìîäåëü ïðîöåññà:
Òàêèì îáðàçîì, êàæäîé ÷àñòèöå, ó÷àñòâóþùåé â îäíîì èç ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé, ñîîòâåòñòâóåò ñâîÿ áîçîííàÿ ÷àñòèöà — ïåðåíîñ÷èê âçàèìîäåéñòâèÿ. Òèïû âçàèìîäåéñòâèéÐàññìîòðèì ïîäðîáíåå ñóùåñòâóþùèå ôèçè÷åñêèå âçàèìîäåéñòâèÿ. Äëÿ êàæäîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìîæíî íàçâàòü ñôåðó åãî ïðèìåíåíèÿ è çíà÷åíèå äëÿ ñòðîåíèÿ Âñåëåííîé, çàðÿä — íîñèòåëü âçàèìîäåéñòâèÿ è ÷àñòèöó — ïåðåíîñ÷èê âçàèìîäåéñòâèÿ, ðåçóëüòàòû âçàèìîäåéñòâèÿ, ìåñòî ñðåäè äðóãèõ âçàèìîäåéñòâèé, à òàêæå îñîáåííîñòè, îòëè÷àþùèå îò äðóãèõ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé. Ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå ïåðâûì èç âñåõ èçâåñòíûõ ñåãîäíÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé ñòàëî ïðåäìåòîì èññëåäîâàíèÿ ó÷åíûõ.  êëàññè÷åñêîé íàóêå îíî îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ, ñîãëàñíî êîòîðîìó ìåæäó äâóìÿ òåëàìè ñóùåñòâóåò ñèëà ïðèòÿæåíèÿ, êîòîðàÿ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîèçâåäåíèþ èõ ìàññ è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ëþáàÿ ìàòåðèàëüíàÿ ÷àñòèöà ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ãðàâèòàöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ è èñïûòûâàåò åãî íà ñåáå. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ìàññû âåùåñòâà ãðàâèòàöèîííûå âçàèìîäåéñòâèÿ âîçðàñòàþò, ò.å. ÷åì áîëüøå ìàññà âçàèìîäåéñòâóþùèõ âåùåñòâ, òåì ñèëüíåå äåéñòâóþò ãðàâèòàöèîííûå ñèëû. Ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ñëàáûì èç âñåõ èçâåñòíûõ ñîâðåìåííîé íàóêå âçàèìîäåéñòâèé, îíî â 1040 ðàç ñëàáåå ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ. ×òîáû ýòà âåëè÷èíà ñòàëà ïîíÿòíåå, ìîæíî ïðîâåñòè ñëåäóþùóþ àíàëîãèþ: åñëè áû ðàçìåðû àòîìà âîäîðîäà îïðåäåëÿëèñü ãðàâèòàöèåé, à íå ýëåêòðîìàãíèòíûìè ñèëàìè, òî ðàäèóñ ýëåêòðîíà â íåì ïðåâîñõîäèë áû ðàäèóñ äîñòóïíîé íàáëþäåíèþ ÷àñòè Âñåëåííîé. 109 Ãðàâèòàöèÿ, áóäó÷è î÷åíü ñëàáîé ñèëîé, òåì íå ìåíåå îïðåäåëÿåò ñòðîåíèå âñåé Âñåëåííîé: îáðàçîâàíèå âñåõ êîñìè÷åñêèõ ñèñòåì, ñóùåñòâîâàíèå ïëàíåò, çâåçä è ãàëàêòèê, êîíöåíòðàöèþ ðàññåÿííîé â õîäå ýâîëþöèè çâåçä è ãàëàêòèê ìàòåðèè è âêëþ÷åíèå åå â íîâûå öèêëû ðàçâèòèÿ. Òàêàÿ îãðîìíàÿ ðîëü ãðàâèòàöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îïðåäåëÿåòñÿ åãî óíèâåðñàëüíîñòüþ. Íè÷òî âî Âñåëåííîé íå ìîæåò èçáåæàòü ýòîé ñèëû. Âñå òåëà è ÷àñòèöû, íå òîëüêî èìåþùèå ìàññó, à òàêæå ïîëÿ, ó÷àñòâóþò â ãðàâèòàöèîííîì âçàèìîäåéñòâèè. Ýòî áûëî âûÿñíåíî åùå Íüþòîíîì â îòêðûòîì èì çàêîíå âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ, êîòîðûé îïèñûâàåò ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå. Ïîýòîìó â ìèêðîìèðå ãðàâèòàöèîííàÿ ñèëà ñëàáà, îíà òåðÿåòñÿ íà ôîíå êóäà áîëåå ìîãó÷èõ ñèë. Çàòî â ìàêðîìèðå îíà ãîñïîäñòâóåò. Ïðàâäà, êàê ñ÷èòàþò ó÷åíûå, ïðè íåêîòîðûõ óñëîâèÿõ ãðàâèòàöèÿ ìîæåò ñðàâíÿòüñÿ ïî ñâîåé çíà÷èìîñòè ñ äðóãèìè ñèëàìè, ãîñïîäñòâóþùèìè â ìèêðîìèðå. Äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ, ÷òîáû âåùåñòâî íàõîäèëîñü â ñîñòîÿíèè ýêñòðåìàëüíî âûñîêîé ïëîòíîñòè, ðàâíîé 1094 ã/ñì3 (ïëàíêîâñêàÿ ïëîòíîñòü). Ãðàâèòàöèîííàÿ ñèëà äåéñòâóåò íà î÷åíü áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ, åå èíòåíñèâíîñòü ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ óáûâàåò, íî íå èñ÷åçàåò ïîëíîñòüþ. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ñîâðåìåííîé íàóêè ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå äîëæíî ïðîèñõîäèòü ïî ïðåäëîæåííîé íàìè ìîäåëè. Ãðàâèòàöèîííûé çàðÿä ðàâåí èíåðòíîé ìàññå âåùåñòâà. Îí ñîçäàåò âîêðóã ñåáÿ ãðàâèòàöèîííîå ïîëå (ïîëå òÿãîòåíèÿ). Ýòî ïîëå äîëæíî èìåòü ñâîþ áîçîííóþ ÷àñòèöó. Åå íàçâàëè ãðàâèòîíîì. Ñèëû òÿãîòåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòîì ïîñòîÿííîãî îáìåíà ìåæäó ãðàâèòîíàìè, èëè ãðàâèòàöèîííûìè âîëíàìè. Îíè ïåðåíîñÿò ýíåðãèþ, îáëàäàþò ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûìè ñâîéñòâàìè, èìïóëüñîì è äðóãèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ïðèñóùèìè ìàòåðèàëüíûì îáúåêòàì. Ïîñêîëüêó ýêñïåðèìåíòàëüíî ýòà ÷àñòèöà åùå íå îáíàðóæåíà, îíà ñ÷èòàåòñÿ ãèïîòåòè÷åñêîé. Òåì íå ìåíåå, êîñâåííî åå ñóùåñòâîâàíèå óäàëîñü ïîäòâåðäèòü. Ñîãëàñíî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì äâèæåíèå òåëà, îáëàäàþùåãî ìàññîé, ïîä äåéñòâèåì ñèëû âûçûâàåò âîçìóùåíèå ñâîåãî æå ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ, ðàñïðîñòðàíÿþùåãîñÿ ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà â ôîðìå ãðàâèòàöèîííîé âîëíû. Ïîñêîëüêó ãðàâèòàöèîííàÿ ñèëà î÷åíü ìàëà, òî åå âîëíà èìååò ìàëóþ àìïëèòóäó. Äàæå òàêèå ãðàíäèîçíûå êîñìè÷åñêèå ñîáûòèÿ, êàê âçðûâ ñâåðõíîâîé èëè êîëëàïñ ìàññèâíîé çâåçäû, ñîçäàþò ãðàâèòàöèîííûå âîëíû, ëåæàùèå çà ïðåäåëàìè ÷óâñòâèòåëüíîñòè ñîâðåìåííûõ ðåãèñòðèðóþùèõ ïðèáîðîâ. Èìåííî ïîýòîìó ãðàâèòîíû äî ñèõ ïîð íå îáíàðóæåíû. Äëÿ ãðàâèòàöèè íå ñóùåñòâóåò ïðîòèâîïîëîæíîé ýêâèâàëåíòíîé ñèëû îòòàëêèâàíèÿ (àíòèãðàâèòàöèè). Äàæå â àíòèìèðå, åñëè îí ñóùåñòâóåò, âñå àíòè÷àñòèöû îáëàäàþò ïîëîæèòåëüíûìè çíà÷åíèÿ- 110 ìè ìàññû è ýíåðãèè. Ïîýòîìó ãðàâèòàöèÿ âñåãäà ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî êàê ïðèòÿæåíèå. Ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå îáëàäàåò óíèâåðñàëüíûì õàðàêòåðîì è îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåæäó ëþáûìè òåëàìè â ìèêðî-, ìàêðî-è ìåãàìèðå. Áëàãîäàðÿ ýëåêòðîìàãíèòíûì ñâÿçÿì âîçíèêàþò àòîìû, ìîëåêóëû è ìàêðîñêîïè÷åñêèå òåëà. Âñå õèìè÷åñêèå ðåàêöèè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïðîÿâëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèé, ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòàìè ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ ñâÿçåé ìåæäó àòîìàìè â ìîëåêóëàõ, ïåðåñòðîéêè ýëåêòðîííûõ îáîëî÷åê àòîìîâ è ìîëåêóë, à òàêæå êîëè÷åñòâà è ñîñòàâà àòîìîâ â ìîëåêóëàõ ðàçíûõ âåùåñòâ. Ê ýëåêòðîìàãíèòíîìó âçàèìîäåéñòâèþ ñâîäÿòñÿ âñå îáû÷íûå ñèëû: ñèëû óïðóãîñòè, òðåíèÿ, ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ; èì îïðåäåëÿþòñÿ àãðåãàòíûå ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà, îïòè÷åñêèå ÿâëåíèÿ è äð. Ïî ñâîåé âåëè÷èíå ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû íàìíîãî ïðåâîñõîäÿò ãðàâèòàöèîííûå, çàíèìàÿ âòîðîå ìåñòî íà øêàëå âçàèìîäåéñòâèé. Ïîýòîìó ýòè ñèëû ëåãêî íàáëþäàòü äàæå ìåæäó òåëàìè îáû÷íûõ ðàçìåðîâ. Íî, êàê è ãðàâèòàöèîííûå ñèëû, ýëåêòðîìàãíèòíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿþòñÿ äàëüíîäåéñòâóþùèìè, èõ äåéñòâèå îùóòèìî íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ îò èñòî÷íèêà. Êàê è ãðàâèòàöèÿ, ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíó îáðàòíûõ êâàäðàòîâ, óìåíüøàåòñÿ ñ ðàññòîÿíèåì, íî íå èñ÷åçàåò.  îòëè÷èå îò ãðàâèòàöèîííîé ñèëû, ýëåêòðîìàãíèòíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ñóùåñòâóþò òîëüêî ìåæäó çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè: ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå — ìåæäó äâóìÿ ïîêîÿùèìèñÿ çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè, ìàãíèòíîå — ìåæäó äâóìÿ äâèæóùèìèñÿ çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè.  ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà îñíîâîé òåîðèè ýëåêòðîìàãíèòíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ òåîðèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ Äæ. Ìàêñâåëëà. Îäíàêî ñîâðåìåííàÿ ôèçèêà ñîçäàëà áîëåå ñîâåðøåííóþ è òî÷íóþ òåîðèþ ýëåêòðîìàãíåòèçìà, â êîòîðîé ó÷òåíû êâàíòîâî-ïîëåâûå àñïåêòû ÿâëåíèÿ. Ýòà òåîðèÿ íàçâàíà êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêîé. Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä ñîçäàåò ïîëå, ïåðåíîñ÷èêàìè ýòîãî òèïà âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿþòñÿ ôîòîíû.  ñëó÷àå ðàçíîèìåííûõ çàðÿäîâ îáìåí ñîçäàåò ýôôåêò ïðèòÿæåíèÿ, à â ñëó÷àå îäíîèìåííûõ — îòòàëêèâàíèÿ.  ýòîì ñîñòîèò åùå îäíî îòëè÷èå ýëåêòðîìàãíèòíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îò ãðàâèòàöèîííîãî, êîòîðîå ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî êàê ïðèòÿæåíèå. Ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèå — òðåòèé òèï ôóíäàìåíòàëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, êîòîðîå äåéñòâóåò òîëüêî â ìèêðîìèðå. Ôèçè÷åñêîé îñíîâîé ýòîãî òèïà âçàèìîäåéñòâèÿ ñëóæèò ïðîöåññ ðàñïàäà ÷àñòèö, ïîýòîìó åãî îòêðûòèå ïðîèçîøëî âñëåä çà îòêðûòèåì ðàäèîàêòèâíîñòè. Ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèå îòâåòñòâåííî çà ïðåâðàùåíèå ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö äðóã â äðóãà è èãðàåò î÷åíü âàæíóþ ðîëü íå òîëüêî â ìèêðîìèðå, íî è âî ìíîãèõ ÿâëåíèÿõ êîñìè÷åñêîãî ìàñ- 111 øòàáà. Áëàãîäàðÿ ñëàáîìó âçàèìîäåéñòâèþ ïðîèñõîäÿò òåðìîÿäåðíûå ðåàêöèè, áåç êîòîðûõ ïîãàñëî áû Ñîëíöå è áîëüøèíñòâî çâåçä. Ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèå çíà÷èòåëüíî ñëàáåå ýëåêòðîìàãíèòíîãî, íî áîëüøå ãðàâèòàöèîííîãî, è â îòëè÷èå îò íèõ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà íåáîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ. Èìåííî ïîýòîìó äîëãîå âðåìÿ ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèå ýêñïåðèìåíòàëüíî íå íàáëþäàëîñü. Ïåðâàÿ òåîðèÿ ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ áûëà ñîçäàíà â 1934 ã. Ý. Ôåðìè è ðàçâèòà â 1950-å ãã. Ì. Ãåëë-Ìàííîì, Ð. Ôåéíìàíîì è äðóãèìè ó÷åíûìè.  íåé óòâåðæäàëîñü, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ÷àñòèöàìè ïðîèñõîäèò êîíòàêòíî, ïîñðåäñòâîì òàê íàçûâàåìûõ ñëàáûõ òîêîâ, à íå ÷åðåç îáìåí êâàíòàìè ïîëÿ. Áëàãîäàðÿ ýòèì òîêàì íåéòðîíû ìîãëè ïðåâðàùàòüñÿ â ïðîòîíû, êâàðêè îäíîãî âèäà — â êâàðêè äðóãîãî âèäà. Îäíàêî ê êîíöó 50-õ ãã. XX â. íîâûå ôèçè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äàííàÿ òåîðèÿ íåñîâåðøåííà, ïîñêîëüêó îíà ðàáîòàåò òîëüêî ïðè ìàëûõ ýíåðãèÿõ ÷àñòèö, ó÷àñòâóþùèõ âî âçàèìîäåéñòâèè. Ïîýòîìó â 1960-å ãã. íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà Ñ. Âàéíáåðã è À. Ñàëàì ðåøèëè, ÷òî òðóäíîñòè òåîðèè óäàñòñÿ ïðåîäîëåòü, åñëè äîïóñòèòü, ÷òî ñëàáîå è ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèÿ — ýòî ðàçíûå ïðîÿâëåíèÿ îäíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íàïîäîáèå òîãî, êàê ýëåêòðè÷åñòâî è ìàãíåòèçì — äâà ïðîÿâëåíèÿ åäèíîé ñóùíîñòè. Òàê ïîÿâèëàñü åäèíàÿ òåîðèÿ ýëåêòðîñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, â ðàìêàõ êîòîðîé óäàëîñü ïîñòðîèòü ìîäåëü ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ìîäåëü ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðàññìàòðèâàåò äâà òèïà ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé êàê ïðîÿâëåíèå åäèíîãî, áîëåå ãëóáîêîãî ýëåêòðîñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Òàê, íà ðàññòîÿíèè áîëåå 10-17 ñì ïðåîáëàäàåò ýëåêòðîìàãíèòíûé òèï, à íà ìåíüøèõ ðàññòîÿíèÿõ â îäèíàêîâîé ñòåïåíè âàæíû è ýëåòðîìàãíèòíûé, è ñëàáûé òèïû. Òåîðèÿ ýëåêòðîñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ èñõîäèò èç ñóùåñòâîâàíèÿ åäèíîãî ôóíäàìåíòàëüíîãî çàðÿäà, îòâå÷àþùåãî îäíîâðåìåííî è çà ñëàáîå, è çà ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïðè î÷åíü âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ (ýíåðãèÿõ), ñðàâíèìûõ ñ òåìè, êîòîðûå èìåëè ìåñòî â ïåðâûå ìãíîâåíèÿ ñóùåñòâîâàíèÿ Âñåëåííîé ïîñëå Áîëüøîãî âçðûâà, ñòðóêòóðà âàêóóìà íàðóøàåòñÿ, è îíà íå ìîæåò ïîìåøàòü ïðîÿâëåíèþ òàêîãî çàðÿäà. Òîãäà ñëàáîå è ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèÿ ñëèâàþòñÿ âîåäèíî. Ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íàñòóïàåò êðèòè÷åñêèé ìîìåíò, ïîñëå êîòîðîãî âàêóóì ïåðåõîäèò â èíóþ, áîëåå óïîðÿäî÷åííóþ ôîðìó.  ðåçóëüòàòå çàðÿä ðàñïàäàåòñÿ íà äâå ÷àñòè — ýëåêòðîìàãíèòíûé è ñëàáûé çàðÿä, à ïåðåíîñ÷èê ýëåêòðîñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ — íà ÷åòûðå ñîñòàâëÿþùèõ (ôîòîí — ïåðåíîñ÷èê ýëåêòðîìàãíèòíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ è òðè òÿæåëûõ âåêòîðíûõ áîçîíà — ïåðåíîñ÷èêè ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ). Îáúåäèíåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî è ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèé ñòàëî âàæíûì íàó÷íûì îòêðûòèåì, ïîñêîëüêó ïîçâîëèëî óñïåøíî îïèñàòü âñå ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå ïðè ýíåðãèÿõ îò äîëåé ýëåê- 112 òðîíâîëüòà äî ñîòåí ãèãàýëåêòðîíâîëüò. Êðîìå òîãî, ýòà òåîðèÿ ïîçâîëèëà òàêæå îáúÿñíèòü ïðåâðàùåíèå ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö äðóã â äðóãà è ïîíÿòü ñóùíîñòü è ìåõàíèçì ïðîòåêàíèÿ òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé, ïðîèñõîäÿùèõ íà Ñîëíöå è áîëüøèíñòâå çâåçä. Ñèëüíîå âçàèìîäåéñòâèå, çàíèìàþùåå ïåðâîå ìåñòî ïî ñèëå è ÿâëÿþùååñÿ èñòî÷íèêîì îãðîìíîé ýíåðãèè, òàêæå áûëî îòêðûòî òîëüêî â XX â. Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ — ñîåäèíÿòü êâàðêè è àíòèêâàðêè â àäðîíû. Ñ åãî ïîìîùüþ ó÷åíûå îáúÿñíèëè, ïî÷åìó ïðîòîíû ÿäðà àòîìà íå ðàçëåòàþòñÿ ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë îòòàëêèâàíèÿ. Èñõîäíûì ïîëîæåíèåì òåîðèè ÿâëÿåòñÿ ïîñòóëàò î ñóùåñòâîâàíèè òðåõ òèïîâ öâåòîâûõ çàðÿäîâ (êðàñíîãî, ñèíåãî, çåëåíîãî). Îíè ïðèñóùè êâàðêàì è âûðàæàþò ñïîñîáíîñòü âåùåñòâà ê ñèëüíîìó âçàèìîäåéñòâèþ. Öâåò êâàðêîâ ïîäîáåí ýëåêòðè÷åñêîìó çàðÿäó. Êàê è ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû, îäíîèìåííûå öâåòà îòòàëêèâàþòñÿ, ðàçíîèìåííûå — ïðèòÿãèâàþòñÿ. Êîãäà òðè êâàðêà èëè êâàðê è àíòèêâàðê îáúåäèíÿþòñÿ â àäðîí, ñóììàðíàÿ êîìáèíàöèÿ öâåòîâûõ çàðÿäîâ â íåì òàêîâà, ÷òî àäðîí â öåëîì îáëàäàåò öâåòîâîé íåéòðàëüíîñòüþ. Öâåòîâûå çàðÿäû ñîçäàþò ïîëÿ ñ ïðèñóùèìè èì êâàíòàìè — áîçîíàìè. Ïåðåíîñ÷èêè ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íàçâàíû ãëþîíàìè (îò àíãë. glue — êëåé). Îíè, ïîäîáíî ôîòîíàì, èìåþò ñïèí, ðàâíûé åäèíèöå, è ìàññó, ðàâíóþ íóëþ. Íî ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ äàëüíîäåéñòâóþùèì, à ñèëüíîå âçàèìîäåéñòâèå èìååò î÷åíü îãðàíè÷åííûé ðàäèóñ äåéñòâèÿ — äî 10-13 ñì (ïîðÿäêà àòîìíîãî ÿäðà). Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä åñòü òîëüêî îäèí, õîòÿ îí è ìîæåò ïðèíèìàòü ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ. Ïîýòîìó ôîòîíû — ïåðåíîñ÷èêè ýëåêòðîìàãíèòíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ — ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíû, îíè íå ïåðåíîñÿò çàðÿäà. Êîãäà êâàðêè âçàèìîäåéñòâóþò äðóã ñ äðóãîì, îíè èçëó÷àþò ãëþîíû è ïåðåõîäÿò â äðóãîå öâåòîâîå ñîñòîÿíèå. Ïîýòîìó ãëþîíû òîæå èìåþò öâåòîâîé çàðÿä. Âñåãî ñóùåñòâóåò âîñåìü ãëþîíîâ — ïåðåíîñ÷èêîâ ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Êàê ìû âèäåëè ðàíåå, âñå ôóíäàìåíòàëüíûå âçàèìîäåéñòâèÿ çàâèñÿò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó çàðÿäàìè — ñ óìåíüøåíèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ âîçðàñòàåò (îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü). Ñèëüíîå âçàèìîäåéñòâèå òîæå çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó öâåòîâûìè çàðÿäàìè, íî ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî. Èç-çà îñîáûõ ñâîéñòâ ãëþîííîãî ïîëÿ öâåòîâîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó êâàðêàìè òåì ìåíüøå, ÷åì îíè áëèæå ðàñïîëîæåíû äðóã ê äðóãó. Íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ êâàðêè ïåðåñòàþò âëèÿòü äðóã íà äðóãà è âåäóò ñåáÿ êàê ñâîáîäíûå ÷àñòèöû. Íî êàê òîëüêî ðàññòîÿíèå ìåæäó êâàðêàìè íà÷èíàåò óâåëè÷èâàòüñÿ, ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ âîçðàñòàåò. Äëÿ ðàçäåëåíèÿ äâóõ ÷àñòèö ñ öâåòîâûìè çàðÿäàìè ïîíàäîáèëàñü áû áåñêîíå÷íî áîëüøàÿ ýíåðãèÿ. Ëèøü â ïåðâûå ìîìåíòû ïî- 113 ñëå Áîëüøîãî âçðûâà â ñèëó ñóùåñòâîâàâøèõ îãðîìíûõ òåìïåðàòóð áûëî âîçìîæíî ñâîáîäíîå ñóùåñòâîâàíèå êâàðêîâ. ßäåðíîå âçàèìîäåéñòâèå. Äî îòêðûòèÿ êâàðêîâ è öâåòîâîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ôóíäàìåíòàëüíûì ñ÷èòàëîñü ÿäåðíîå âçàèìîäåéñòâèå, îáúåäèíÿþùåå ïðîòîíû è íåéòðîíû â ÿäðàõ àòîìîâ. Îäíàêî ñ îòêðûòèåì êâàðêîâîãî óðîâíÿ âåùåñòâà ïîä ñèëüíûì âçàèìîäåéñòâèåì ñòàëè ïîíèìàòü öâåòîâûå âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó êâàðêàìè, îáúåäèíÿþùèìèñÿ â àäðîíû. ßäåðíûå ñèëû ïåðåñòàëè ñ÷èòàòüñÿ ôóíäàìåíòàëüíûìè, îíè äîëæíû êàê-òî âûðàæàòüñÿ ÷åðåç öâåòíûå ñèëû. Òåîðèÿ ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ïðè ñáëèæåíèè áàðèîíîâ (ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ) íà ðàññòîÿíèå ìåíüøåå, ÷åì 10-13 ñì, îíè òåðÿþò ñâîè èíäèâèäóàëüíûå îñîáåííîñòè, ãëþîííûé îáìåí ìåæäó êâàðêàìè, óäåðæèâàþùèé èõ â àäðîíàõ, ïðèíèìàåò êîëëåêòèâíûé õàðàêòåð. Òàêèì îáðàçîì, êâàðêè âñåõ áàðèîíîâ ñâÿçûâàþòñÿ â åäèíóþ ñèñòåìó — àòîìíîå ÿäðî. ßäåðíûå ñèëû — ýòî òîëüêî îòãîëîñêè öâåòîâûõ ñèë, ñëàáîå ïîäîáèå íàñòîÿùåãî ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Íå ñëó÷àéíî äëÿ òîãî, ÷òîáû ðàñêîëîòü àòîìíîå ÿäðî, íóæíà ñîâñåì íåáîëüøàÿ ýíåðãèÿ. Ðàñêîëîòü æå ïðîòîí èëè íåéòðîí íåâîçìîæíî. Òåîðèè Âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ è ÑóïåðîáúåäèíåíèÿÑóùåñòâîâàíèå îòìå÷åííûõ òèïîâ ôèçè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîãè÷íî ñòàâèò ïåðåä ôèçèêàìè çàäà÷ó ïîèñêà åäèíîé òåîðèè âçàèìîäåéñòâèÿ, êîòîðàÿ ïîçâîëèëà áû âûÿâèòü óíèâåðñàëüíîñòü âñåõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ñèë, îáúÿñíèòü âñå ÷åòûðå òèïà âçàèìîäåéñòâèé è îáúåäèíèòü èõ â îäíîé òåîðèè. Ñîçäàíèå ïîäîáíîé òåîðèè îçíà÷àëî áû òàêæå ïîñòðîåíèå åäèíîé òåîðèè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ïîýòîìó ôèçèêè-òåîðåòèêè ñ 70-õ ãã. XX â. ïûòàþòñÿ ñîçäàòü òåîðèþ Âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé, â êîòîðîé ýëåêòðîìàãíèòíîå, ñëàáîå è ñèëüíîå âçàèìîäåéñòâèÿ áóäóò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ðàçëè÷íûå ïðîÿâëåíèÿ åäèíîãî ïîëÿ. Îñíîâàíèåì äëÿ âîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ òàêîé òåîðèè ñëóæèò òî îáñòîÿòåëüñòâî, ÷òî íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ (ìåíåå 10-29ñì) è ïðè áîëüøîé ýíåðãèè (áîëåå 1014 ÃýÂ) ýëåêòðîìàãíèòíîå, ñèëüíîå è ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèÿ îïèñûâàþòñÿ îäèíàêîâûì îáðàçîì, à êâàðêè è ëåïòîíû ñòàíîâÿòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåðàçëè÷èìû. Êîñâåííî ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò îá îáùíîñòè ïðèðîäû óêàçàííûõ òèïîâ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ïðîÿâëåíèå ýòèõ ïîëåé âîçìîæíî ïðè ñâåðõâûñîêèõ ýíåðãèÿõ, ñóùåñòâîâàâøèõ íà ðàííèõ ýòàïàõ ýâîëþöèè Âñåëåííîé. Ïî ìåðå ïîíèæåíèÿ ýíåðãèè Âåëèêîå îáúåäèíåíèå ñíà÷àëà ðàñïàäàåòñÿ íà ñèëüíîå è ýëåêòðîñëàáîå âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïðè äàëüíåéøåì óìåíüøåíèè ýíåðãèè ýëåêòðîñëàáîå âçàèìîäåéñòâèå ðàçäåëÿåòñÿ íà ýëåêòðîìàãíèòíîå è ñëàáîå. 114 Ôèçèêè ïûòàþòñÿ ïîñòðîèòü åùå áîëåå ãðàíäèîçíóþ òåîðèþ Ñóïåðîáúåäèíåíèÿ. Îíà äîëæíà îáúåäèíèòü âñå ÷åòûðå ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèÿ, âêëþ÷àÿ ãðàâèòàöèîííûå ñèëû. Äàííàÿ òåîðèÿ ñòðîèòñÿ íà áàçå ñóïåðñèììåòðèè è òåîðèè ñóïåðñòðóí.  îñíîâå íàøåãî ìèðà ëåæèò ñèììåòðèÿ. Ïîýòîìó êâàíòîâàÿ ôèçèêà ïðåäïîëàãàåò, ÷òî äîëæíà ñóùåñòâîâàòü ïîëíàÿ ñèììåòðèÿ â îïèñàíèè âåùåñòâà è ïîëÿ, ôåðìèîíîâ è áîçîíîâ. Èíà÷å ãîâîðÿ, ìåæäó ýòèìè ÷àñòèöàìè äîëæíî ñóùåñòâîâàòü ïîëíîå ôèçè÷åñêîå ðàâíîïðàâèå, îíè ìîãóò ïåðåõîäèòü äðóã â äðóãà. Âîçìîæíîñòü òàêîãî ïåðåõîäà áûëà îòêðûòà â 1970-å ãã. è ïîëó÷èëà íàçâàíèå ñóïåðñèììåòðèè. Áëàãîäàðÿ èäåå ñóïåðñèììåòðèè íîâóþ æèçíü ïîëó÷èëà òåîðèÿ ñòðóí (ñåãîäíÿ åå íàçûâàþò òåîðèåé ñóïåðñòðóí), ñîçäàòåëÿìè êîòîðîé ñòàëè àíãëèéñêèé ôèçèê Ì. Ãðèí è àìåðèêàíñêèé ôèçèê Ä. Øâàðö. Îíè ïîïûòàëèñü îòêàçàòüñÿ îò óæå ïðèâû÷íîãî îïèñàíèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö êàê òî÷å÷íûõ îáúåêòîâ. Ýòà òåîðèÿ îïèñûâàåò íåêèå ïðîòÿæåííûå îáúåêòû — ñòðóíû. Õîòÿ ñòðóíû ÿâëÿþòñÿ ïðîòÿæåííûìè îáúåêòàìè, îíè îäíîìåðíû è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îòðåçêè ëèáî ñî ñâîáîäíûìè êîíöàìè, ëèáî ñîåäèíåííûìè â âèäå âîñüìåðêè. Èõ ðàçìåðû — ïðèìåðíî 10-33 ñì (ïëàíêîâñêàÿ äëèíà).  äàííîé òåîðèè ïîíÿòèå ñòðóíû ñòàíîâèòñÿ ñèíîíèìîì ïîíÿòèÿ ìèêðî÷àñòèöû èëè ëîêàëèçîâàííîãî â ïðîñòðàíñòâå îáúåêòà. Âñå ÷àñòèöû, êîòîðûå ìû çíàåì è, áûòü ìîæåò, îòêðîåì â áóäóùåì, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îïðåäåëåííîå âîçáóæäåííîå ñîñòîÿíèå ñòðóíû. Ýòè âîçáóæäåííûå ñîñòîÿíèÿ ñòðóí ìîæíî ñðàâíèòü ñ íàáîðîì ãàðìîíèé, âûçûâàåìûõ êîëåáàíèåì ñêðèïè÷íîé ñòðóíû. Áîëåå âûñîêèå ãàðìîíèè ñòðóíû áóäóò íàáëþäàòüñÿ êàê íîâûå ÷àñòèöû ñ ìàññîé áîëüøå ìàññû ïðåäûäóùèõ ÷àñòèö. Ïîëàãàþò, ÷òî âûñøèå ãàðìîíèè ñòðóí ðîæäàëèñü òîëüêî íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ýâîëþöèè Âñåëåííîé, êîãäà ýíåðãèè áûëî â èçáûòêå.  îáû÷íûõ óñëîâèÿõ ñóùåñòâóþò ëèøü ñîñòîÿíèÿ ñòðóí ñ íàèíèçøåé ýíåðãèåé. Ââåäåíèå ïîíÿòèÿ ñòðóíû ïîëíîñòüþ èñêëþ÷àåò òî÷å÷íûå ïðåäñòàâëåíèÿ èç ñòðóêòóðû ìèêðîìèðà, è, ïî ñóòè, ýòà òåîðèÿ ñâîäèò ôèçèêó ê ãåîìåòðèè î÷åíü ñëîæíûõ ïðîñòðàíñòâ.  òåîðèè ñóïåðñòðóí ïîìèìî î÷åíü ñëîæíûõ è ãðîìîçäêèõ âû÷èñëåíèé åñòü åùå íåêîòîðûå ñëîæíîñòè.  ÷àñòíîñòè, òåîðèÿ ïðåäïîëàãàåò, ÷òî íà òåõ ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ, íà êîòîðûõ ñóùåñòâóþò ñòðóíû, äîëæíû ïðîÿâëÿòüñÿ äîïîëíèòåëüíûå ïðîñòðàíñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Åñòü âàðèàíòû òåîðèé äëÿ 11-ìåðíîãî, 26-ìåðíîãî è ò.ä. ïðîñòðàíñòâ. Ýòè ëèøíèå èçìåðåíèÿ, âîçìîæíî, êîìïàêòèôèöèðîâàíû, ò.å. ñâåðíóòû â òî÷êè, çàìêíóòû íà ñåáÿ è íå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â îáëàñòü ìàêðîìèðà. Òåîðèÿ ñóïåðñòðóí âåäåò ê íåêîòîðûì íåòðèâèàëüíûì ñëåäñòâèÿì. Òàê, ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì, ñðåäè ïîðîæäåííûõ ñòðóíàìè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö äîëæíû áûòü ãèïîòåòè÷åñêèå ÷àñòèöû — òàõèîíû, 115 êîòîðûå èìåþò ìíèìóþ ìàññó è äâèæóòñÿ ñî ñêîðîñòüþ, áîëüøåé ñêîðîñòè ñâåòà. Ïîäòâåðæäåíèå èëè îïðîâåðæåíèå òåîðèè ñóïåðñòðóí, âîçìîæíîñòü èëè íåâîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ òåîðèè Ñóïåðîáúåäèíåíèÿ — äåëî áóäóùåãî. Íàä ðåøåíèåì ýòèõ çàäà÷ ðàáîòàþò ôèçèêè-òåîðåòèêè, ïðîâåðèòü ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëîæåíèÿ òåîðèè äî ñèõ ïîð íå óäàëîñü.  ïîñëåäíèå ãîäû íåêîòîðûå ó÷åíûå íà÷àëè îáñóæäàòü âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ åùå îäíîãî òèïà âçàèìîäåéñòâèé — ñïèíòîðñèîííîãî, ôèêñèðóþùåãî è ïåðåäàþùåãî èíôîðìàöèþ ïîñðåäñòâîì òîðñèîííîãî ïîëÿ (ïîëÿ êðó÷åíèÿ). Ñóùåñòâóþò ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî ýòè ïîëÿ îáëàäàþò ñïîñîáíîñòüþ ïåðåäàâàòü èíôîðìàöèþ ïðàêòè÷åñêè áåç çàòðàò ýíåðãèè. Òàêæå ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî èìåííî òîðñèîííûå ïîëÿ îáåñïå÷èâàþò âñå èçâåñòíûå ñåãîäíÿ ïàðàïñèõè÷å-ñêèå ôåíîìåíû è áèîèíôîðìàöèîííîå (ýíåðãîèíôîðìàöèîííîå) âîçäåéñòâèå. Åñëè ñóùåñòâîâàíèå òàêèõ ïîëåé ïîäòâåðäèòñÿ, òî ýòî âíîâü ïðèâåäåò ê ïåðåñìîòðó ñóùåñòâóþùåé ôèçè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà. 5.3. Êîíöåïöèè ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè â ñîâðåìåííîì åñòåñòâîçíàíèè ïðîöåññå ñîçäàíèÿ åñòåñòâåííî-íàó÷íîé êàðòèíû ìèðà âîçíèêàåò âîïðîñ î ïðîèñõîæäåíèè è èçìåíåíèè ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëüíûõ ïðåäìåòîâ è ÿâëåíèé, îá èõ êîëè÷åñòâåííûõ è êà÷åñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèêàõ. Ôèçè÷åñêèå, õèìè÷åñêèå è äðóãèå âåëè÷èíû íåïîñðåäñòâåííî èëè îïîñðåäîâàííî ñâÿçàíû ñ èçìåíåíèåì äëèí è äëèòåëüíîñòåé, ò.å. ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê îáúåêòîâ. Ïîýòîìó äëÿ èõ îïèñàíèÿ â åñòåñòâîçíàíèè ñôîðìèðîâàëèñü ïîíÿòèÿ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè. Ðàçâèòèå ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè Åñòåñòâåííî-íàó÷íûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè ïðîøëè äëèííûé ïóòü ñòàíîâëåíèÿ è ðàçâèòèÿ. Óæå â àíòè÷íîñòè ìûñëèòåëè çàäóìûâàëèñü íàä ïðèðîäîé è ñóùíîñòüþ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, îäíàêî èõ ðàññóæäåíèÿ íîñèëè ñòèõèéíûé è íåðåäêî ïðîòèâîðå÷èâûé õàðàêòåð. Ðåàëüíûé ýìïèðè÷åñêèé áàçèñ è ñòðîãîå òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè îáðåëè â õîäå ïåðâîé ãëîáàëüíîé íàó÷íîé ðåâîëþöèè è êëàññè÷åñêîé íàóêå Íîâîãî âðåìåíè. Ýòî áûëî ñâÿçàíî ñ ðàçâèòèåì ìåõàíèêè, êîòîðàÿ îïèñûâàëà äâèæåíèå ìàòåðèàëüíûõ òåë, ïðîèñõîäÿùåå îäíîâðåìåííî â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè. Âåðøèíîé êëàññè÷åñêîãî åñòåñòâîçíàíèÿ ñòàëî òâîð÷åñòâî È. Íüþòîíà. Èìåííî Íüþòîí â ñâîåé çíàìåíèòîé êíèãå «Ìàòåìàòè÷åñêèå 116 íà÷àëà íàòóðàëüíîé ôèëîñîôèè» ââåë ãîñïîäñòâîâàâøèå â íàóêå äî íà÷àëà XX â. ïîíÿòèÿ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, èçâåñòíûå êàê àáñîëþòíîå ïðîñòðàíñòâî è àáñîëþòíîå âðåìÿ. Ðàñêðûâàÿ ñóùíîñòü ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, Íüþòîí ïðåäëîæèë ðàçëè÷àòü äâà òèïà ýòèõ ïîíÿòèé: àáñîëþòíûå (èñòèííûå, ìàòåìàòè÷åñêèå) è îòíîñèòåëüíûå (êàæóùèåñÿ, îáûäåííûå) ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ. Àáñîëþòíîå ïðîñòðàíñòâî ïðåäñòàåò êàê óíèâåðñàëüíîå âìåñòèëèùå ñåáÿ è âñåãî ñóùåñòâóþùåãî â ìèðå. Îíî áåçîòíîñèòåëüíî ê ÷åìó áû òî íè áûëî âíåøíåìó, âñåãäà îñòàåòñÿ îäèíàêîâûì è íåïîäâèæíûì. Åãî ìîæíî ïîïûòàòüñÿ ïðåäñòàâèòü â âèäå ãèãàíòñêîãî «÷åðíîãî ÿùèêà», â êîòîðûé ìîæíî ïîìåñòèòü èëè óáðàòü èç íåãî ëþáûå ìàòåðèàëüíûå òåëà. Îòíîñèòåëüíîå ïðîñòðàíñòâî åñòü ìåðà èëè êàêàÿ-ëèáî îãðàíè÷åííàÿ ïîäâèæíàÿ ÷àñòü, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ íàøèìè ÷óâñòâàìè ïî ïîëîæåíèþ åå îòíîñèòåëüíî íåêîòîðûõ òåë è â îáûäåííîé æèçíè ïðèíèìàåòñÿ çà ïðîñòðàíñòâî íåïîäâèæíîå. Àáñîëþòíîå âðåìÿ ïðåäñòàåò êàê óíèâåðñàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü ëþáûõ ïðîöåññîâ âî Âñåëåííîé. Îíî ñàìî ïî ñåáå, áåç âñÿêîãî îòíîøåíèÿ ê ÷åìó-ëèáî âíåøíåìó ïðîòåêàåò ðàâíîìåðíî. Àáñîëþòíîå âðåìÿ ìîæíî ïðåäñòàâèòü â îáðàçå ãèãàíòñêîé ðåêè, êîòîðàÿ áóäåò òå÷ü, äàæå åñëè íå áóäåò íèêàêèõ ìàòåðèàëüíûõ òåë. Îòíîñèòåëüíîå âðåìÿ åñòü èëè òî÷íàÿ, èëè èçìåí÷èâàÿ, ïîñòèãàåìàÿ ÷óâñòâàìè âíåøíÿÿ ìåðà ïðîäîëæèòåëüíîñòè. Îíà óïîòðåáëÿåòñÿ â îáûäåííîé æèçíè âìåñòî èñòèííîãî ìàòåìàòè÷åñêîãî âðåìåíè. Ýòî — ìèíóòà, ÷àñ, äåíü, ìåñÿö, ãîä. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ýòîé êîíöåïöèè àáñîëþòíûå ïðîñòðàíñòâî, âðåìÿ è ìàòåðèÿ ïðåäñòàâëÿþò òðè íåçàâèñèìûå äðóã îò äðóãà ñóùíîñòè. Íåêîòîðûå ôèëîñîôû è ó÷åíûå, íå ñîãëàøàÿñü ñ Íüþòîíîì, âûñòóïèëè ñ êðèòèêîé åãî âçãëÿäîâ. Ñðåäè íèõ áûë äàâíèé íàó÷íûé ñîïåðíèê Íüþòîíà Ã. Ëåéáíèö. Îí ïðåäëîæèë ðåëÿöèîííóþ êîíöåïöèþ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, îòêàçûâàþùóþ èì â ñàìîñòîÿòåëüíîì, íåçàâèñèìîì îò ìàòåðèè ñóùåñòâîâàíèè. Ëåéáíèö ðàññìàòðèâàë ïðîñòðàíñòâî êàê ïîðÿäîê ñîñóùåñòâîâàíèÿ òåë, à âðåìÿ — êàê ïîðÿäîê îòíîøåíèÿ è ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñîáûòèé. Èíûìè ñëîâàìè, îí ãîâîðèë î íåðàçðûâíîé ñâÿçè ìàòåðèè ñ ïðîñòðàíñòâîì è âðåìåíåì. Îäíàêî âçãëÿäû Ëåéáíèöà íå ñìîãëè ïåðåóáåäèòü ó÷åíûõ, óâåðåííûõ â ïðàâîòå Íüþòîíà. Ñôîðìóëèðîâàííûå èì çàêîíû äâèæåíèÿ è çàêîí âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ, ñòàâøèå îñíîâîé êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, îñíîâûâàëèñü íà ïîíÿòèÿõ àáñîëþòíîãî ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè. Ïîýòîìó íà íåêîòîðûå íåäîñòàòêè èäåé Íüþòîíà ïðåäïî÷ëè íå îáðàùàòü âíèìàíèÿ. Ëèøü â ñåðåäèíå XIX â., êîãäà Ìàêñâåëëîì áûëà ñîçäàíà òåîðèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, ó÷åíûì ïðèøëîñü ïðèçíàòü âîçìîæíîñòü îøèáêè, çàäóìàòüñÿ î çàìåíå àáñî- 117 ëþòíîãî ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè îòíîñèòåëüíûìè. Òåì íå ìåíåå óòâåðæäåíèå íîâûõ âçãëÿäîâ íà ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ ïðîèçîøëî òîëüêî â íà÷àëå XX â. ïîñëå ñîçäàíèÿ À. Ýéíøòåéíîì òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ ñòàëè ïîíèìàòüñÿ êàê àòðèáóòû ìàòåðèè, ñâîéñòâà ìàòåðèàëüíûõ òåë, ñóùåñòâóþùèå òîëüêî âìåñòå äðóã ñ äðóãîì è ñ äâèæóùåéñÿ ìàòåðèåé. Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòèÒåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè ñòàëà ðåçóëüòàòîì îáîáùåíèÿ è ñèíòåçà êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè Íüþòîíà è ýëåêòðîäèíàìèêè Ìàêñâåëëà, ìåæäó êîòîðûìè ñ ñåðåäèíû XIX â. âîçíèêëè ñåðüåçíûå ïðîòèâîðå÷èÿ. Òàê, â ìåõàíèêå ãîñïîäñòâîâàë êëàññè÷åñêèé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ, óòâåðæäàâøèé ðàâíîïðàâíîñòü âñåõ èíåðöèàëü-íûõ ñèñòåì îòñ÷åòà, à â ýëåêòðîäèíàìèêå — êîíöåïöèÿ ýôèðà, èëè íåíàáëþäàåìîé ñðåäû, çàïîëíÿþùåé ìèðîâîå ïðîñòðàíñòâî è ÿâëÿþùåéñÿ àáñîëþòíîé ñèñòåìîé êîîðäèíàò. Èíûìè ñëîâàìè, â ýëåêòðîäèíàìèêå âûäåëÿëàñü îäíà ñèñòåìà êîîðäèíàò, èìåâøàÿ ïðåäïî÷òåíèå ïåðåä âñåìè äðóãèìè ñèñòåìàìè. Ðÿä ó÷åíûõ ïîïûòàëèñü ðåøèòü äàííîå ïðîòèâîðå÷èå. Ñðåäè íèõ áûë íèäåðëàíäñêèé ôèçèê X. Ëîðåíö, êîòîðûé âûâåë ìàòåìàòè÷åñêèå óðàâíåíèÿ, íàçûâàåìûå ñåãîäíÿ ïðåîáðàçîâàíèÿìè Ëîðåíöà, äëÿ âû÷èñëåíèÿ ðåàëüíûõ ñîêðàùåíèé äâèæóùèõñÿ òåë è ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè ìåæäó ñîáûòèÿìè, ïðîèñõîäÿùèìè íà ýòèõ òåëàõ, â çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ. À â 1905 ã. â æóðíàëå «Àííàëû ôèçèêè» ïîÿâèëàñü ñòàòüÿ íåèçâåñòíîãî òîãäà åùå À. Ýéíøòåéíà «Ê ýëåêòðîäèíàìèêå äâèæóùèõñÿ òåë».  íåé è áûëè ñôîðìóëèðîâàíû îñíîâû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè. Îêîëî äåñÿòè ëåò ðàçìûøëÿë Ýéíøòåéí íàä ïðîáëåìîé âëèÿíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåë íà ýëåêòðîìàãíèòíûå ÿâëåíèÿ.  ðåçóëüòàòå îí ïðèøåë ê âûâîäó î íåâîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ íüþòîíîâñêîãî àáñîëþòíîãî ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, òàê êàê ýòî ïðîòèâîðå÷èò ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ. Òàêèì îáðàçîì, Ýéíøòåéí ñìîã óâèäåòü, ÷òî çà ðàññóæäåíèÿìè Ãàëèëåÿ ñêðûâàåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî èíîå ïðåäñòàâëåíèå î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè. Ñàì Ýéíøòåéí ñ÷èòàë, ÷òî ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ êâèíòýññåíöèåé êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, è ïîýòîìó äîëæåí áûòü ñîõðàíåí. Îò êîíöåïöèè àáñîëþòíîãî ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, êàê íå èìåþùèõ ðåàëüíîãî ôèçè÷åñêîãî ñîäåðæàíèÿ, ñëåäîâàëî îòêàçàòüñÿ. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ) áàçèðóåòñÿ íà äâóõ ïîñòóëàòàõ. Ïåðâûé ïîñòóëàò ÑÒÎ — ðàñøèðåííûé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè. Îí óðàâíèâàë ìåæäó ñîáîé íå òîëüêî èíåðöèàëüíûå 118 ñèñòåìû, äâèæóùèåñÿ ðàâíîìåðíî è ïðÿìîëèíåéíî äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà, íî è ðàñïðîñòðàíèë äåéñòâèå ïðèíöèïà íà çàêîíû ýëåêòðîäèíàìèêè. Êëàññè÷åñêèé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ î÷åíü ïðîñò. Îí âñåãî ëèøü çàÿâëÿåò, ÷òî ìåæäó ïîêîåì è äâèæåíèåì, åñëè îíî ïðÿìîëèíåéíî è ðàâíîìåðíî, íåò íèêàêîé ïðèíöèïèàëüíîé ðàçíèöû. Ðàçíèöà ëèøü â òî÷êå çðåíèÿ. Äëÿ ïóòåøåñòâåííèêà, ïëûâóùåãî íà êîðàáëå, êíèãà, ëåæàùàÿ ó íåãî â êàþòå íà ñòîëå, ïîêîèòñÿ, íî äëÿ ÷åëîâåêà íà áåðåãó ýòà êíèãà ïëûâåò âìåñòå ñ êîðàáëåì.  äàííîì ïðèìåðå áåññìûñëåííî ñïðàøèâàòü, äâèæåòñÿ èëè ïîêîèòñÿ êíèãà. Òàêîé ñïîð áûë áû ïóñòîé òðàòîé âðåìåíè. Íàáëþäàòåëÿì íóæíî ëèøü ñîãëàñîâàòü ñâîè ïîçèöèè è ïðèçíàòü, ÷òî êíèãà ïîêîèòñÿ îòíîñèòåëüíî êîðàáëÿ è äâèæåòñÿ îòíîñèòåëüíî áåðåãà âìåñòå ñ êîðàáëåì. Òàêèì îáðàçîì, ñëîâî «îòíîñèòåëüíîñòü» â íàçâàíèè ïðèíöèïà Ãàëèëåÿ íå ñêðûâàåò â ñåáå íè÷åãî îñîáåííîãî. Îíî íå èìååò íèêàêîãî èíîãî ñìûñëà, êðîìå òîãî, êîòîðûé ìû âêëàäûâàåì â óòâåðæäåíèå î òîì, ÷òî äâèæåíèå èëè ïîêîé — âñåãäà äâèæåíèå èëè ïîêîé îòíîñèòåëüíî ÷åãî-òî, ÷òî ñëóæèò íàì ñèñòåìîé îòñ÷åòà. Ýòî, êîíå÷íî, íå îçíà÷àåò, ÷òî ìåæäó ïîêîåì è ðàâíîìåðíûì äâèæåíèåì íåò íèêàêîé ðàçíèöû. Íî ïîíÿòèÿ ïîêîÿ è äâèæåíèÿ ïðèîáðåòàþò ñìûñë ëèøü òîãäà, êîãäà óêàçàíà òî÷êà îòñ÷åòà. Ýéíøòåéí ðàçâèë êëàññè÷åñêèé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè è ïðèøåë ê âûâîäó, ÷òî ýòîò ïðèíöèï ÿâëÿåòñÿ âñåîáùèì è äåéñòâóåò íå òîëüêî â ìåõàíèêå, íî è â ýëåêòðîäèíàìèêå. Âòîðîé ïîñòóëàò ÑÒÎ Ýéíøòåéí ïîçàèìñòâîâàë èç ýëåêòðîäèíàìèêè — ýòî ïðèíöèï ïîñòîÿíñòâà ñêîðîñòè ñâåòà, êîòîðàÿ â âàêóóìå ïðèìåðíî ðàâíà 300 000 êì/ñ. Âòîðîé ïîñòóëàò ãîâîðèò î ïîñòîÿíñòâå ñêîðîñòè ñâåòà âî âñåõ èíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà. Îí ñâÿçàí ñ ïðèíöèïîì îòíîñèòåëüíîñòè, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðûì åñëè è ñóùåñòâóåò ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü, òî îíà äîëæíà áûòü îäèíàêîâîé âî âñåõ èíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà. Íî ïî÷åìó òàê âàæíà ýòà ñêîðîñòü, ÷òî ñóæäåíèå î íåé ïðèðàâíèâàåòñÿ ê ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè? Äåëî â òîì, ÷òî ñêîðîñòü ñâåòà — ñàìàÿ áîëüøàÿ èç âñåõ ñêîðîñòåé â ïðèðîäå, ïðåäåëüíàÿ ñêîðîñòü ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé, îäíà èç íåìíîãèõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ôèçè÷åñêèõ êîíñòàíò íàøåãî ìèðà. Äâèæåíèå ñâåòà ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷àåòñÿ îò äâèæåíèÿ âñåõ äðóãèõ òåë, ñêîðîñòü êîòîðûõ ìåíüøå ñêîðîñòè ñâåòà. Ñêîðîñòè ýòèõ òåë âñåãäà ñêëàäûâàþòñÿ ñ äðóãèìè ñêîðîñòÿìè.  ýòîì ñìûñëå ñêîðîñòè îòíîñèòåëüíû, èõ âåëè÷èíà çàâèñèò îò òî÷êè çðåíèÿ (êàê â ïðèâåäåííîì âûøå ïðèìåðå). Ñêîðîñòü ñâåòà íå ñêëàäûâàåòñÿ ñ äðóãèìè ñêîðîñòÿìè, îíà àáñîëþòíà, âñåãäà îäíà è òà æå, è, ãîâîðÿ î íåé, íàì íå íóæíî óêàçûâàòü ñèñòåìó îòñ÷åòà. 119 Ñêîðîñòü ñâåòà — ýòî âåðõíèé ïðåäåë äëÿ ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ ëþáûõ òåë â ïðèðîäå, äëÿ ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ëþáûõ âîëí è ñèãíàëîâ. Îíà ìàêñèìàëüíà — ýòî àáñîëþòíûé ðåêîðä ñêîðîñòè. Îíà ÿâëÿåòñÿ ïðåäåëüíîé ñêîðîñòüþ ëþáûõ ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé, äà è âîîáùå âñåõ ìûñëèìûõ âçàèìîäåéñòâèé â ìèðå. Åñëè áû ýòî áûëî íå òàê, íàðóøèëñÿ áû ôóíäàìåíòàëüíûé çàêîí ïðè÷èííîñòè, óòâåðæäàþùèé, ÷òî ïðè÷èíà âñåãäà ïðåäøåñòâóåò ñëåäñòâèþ. Òîãäà ðàçðóøèëàñü áû ëîãè÷åñêàÿ ñâÿçü ñîáûòèé âî Âñåëåííîé, â ìèðå âîöàðèëñÿ àáñîëþòíûé õàîñ è ñëó÷àéíîñòü. Ðàçóìååòñÿ, âñå ñêàçàííîå íàìè î ñêîðîñòè ñâåòà, ïðîòèâîðå÷èò òîìó, ÷òî ìû âèäèì â îêðóæàþùåì íàñ ìèðå. Áîëåå òîãî, îäíîâðåìåííîå äåéñòâèå ýòèõ äâóõ ïîñòóëàòîâ êàæåòñÿ íåâîçìîæíûì. ×òîáû ðåøèòü äàííûé ïàðàäîêñ, Ýéíøòåéí îáðàùàåòñÿ ê àíàëèçó ïðîáëåìû îäíîâðåìåííîñòè, êîòîðàÿ è ñîñòàâëÿåò ñóòü òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà ðåøàëà ýòó ïðîáëåìó î÷åíü ïðîñòî â ðàìêàõ êîíöåïöèè àáñîëþòíîãî âðåìåíè, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðîé ëþáûå ñîáûòèÿ âî âñåõ òî÷êàõ Âñåëåííîé ñîâåðøàëèñü â ðàìêàõ îäíîé ñèñòåìû îòñ÷åòà (àáñîëþòíîãî âðåìåíè). Ïîýòîìó îäíîâðåìåííîñòü ñîáûòèé ñ÷èòàëàñü ðåàëüíî ñóùåñòâóþùèì ôàêòîì. ×òîáû äîêàçàòü ñóùåñòâîâàíèå îäíîâðåìåííîñòè, íóæíî èìåòü â äâóõ òî÷êàõ ïðîñòðàíñòâà, â êîòîðûõ íàõîäÿòñÿ èíòåðåñóþùèå íàñ îáúåêòû, îäèíàêîâî óñòðîåííûå, ñèíõðîííî èäóùèå ÷àñû. Ñèíõðîíèçèðîâàòü ýòè ÷àñû ìîæíî, âîñïîëüçîâàâøèñü ñâåòîâûìè ñèãíàëàìè, êîòîðûå áóäóò íàïðàâëÿòüñÿ èç îäíîé òî÷êè â äðóãóþ, à ïîòîì âîçâðàùàòüñÿ îáðàòíî. Åñëè ÷àñû ïðè ýòîì áóäóò ïîêàçûâàòü îäèíàêîâîå âðåìÿ, çíà÷èò, ñîáûòèÿ â äàííûõ òî÷êàõ ïðîòåêàþò îäíîâðåìåííî. Åñëè áû ñâåò ðàñïðîñòðàíÿëñÿ ìãíîâåííî, ïðîáëåìû áû íå ñóùåñòâîâàëî. Íî òàê êàê ñâåò îáëàäàåò êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ, òî íàøè ñèãíàëû â ðàçíûõ òî÷êàõ ïîêàæóò ðàçíûå ðåçóëüòàòû. Òàêèì îáðàçîì, ñîáûòèÿ, îäíîâðåìåííûå äëÿ îäíîãî íàáëþäàòåëÿ, îêàæóòñÿ íåîäíîâðåìåííûìè äëÿ äðóãîãî. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîíÿòèå îäíîâðåìåííîñòè âñåãäà îòíîñèòåëüíî. Èç íîâîãî ïîíèìàíèÿ îäíîâðåìåííîñòè âûòåêàþò âàæíåéøèå âûâîäû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, êîòîðûå èçâåñòíû ïîä íàçâàíèåì ðåëÿòèâèñòñêèõ ýôôåêòîâ. Îòíîñèòåëüíûìè ñòàíîâÿòñÿ íå òîëüêî ñêîðîñòè è òðàåêòîðèè òåë, êàê â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå, íî è ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè òåë, òðàäèöèîííî ñ÷èòàâøèåñÿ íåèçìåííûìè, — ëèíåéíûå ðàçìåðû, ìàññà è âðåìÿ ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ. Îêàçûâàåòñÿ, ýòè ñâîéñòâà çàâèñÿò îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåë. Ïðàâäà, èçìåíåíèÿ ëèíåéíûõ ðàçìåðîâ, ìàññû è âðåìåíè ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ ñòàíîâÿòñÿ çàìåòíûìè, åñëè èçìåðÿòü èõ èç äðóãîé ñèñòåìû, äâèæóùåéñÿ îòíîñèòåëüíî ïåðâîé ñèñòåìû ñ èíîé ñêîðîñòüþ. Ïðè ýòîì ñêîðîñòü äâèæåíèÿ íàáëþäàåìîé ñèñòåìû äîëæíà áûòü î÷åíü áîëüøîé, ñðàâíèìîé ñî ñêîðî- 120 ñòüþ ñâåòà. Òàêèì îáðàçîì, ðåëÿòèâèñòñêèå ýôôåêòû — ýòî èçìåíåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê òåë, çàìåòíûå íà áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ, ñðàâíèìûõ ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà. Èõ òðè:
Òàêèì îáðàçîì, ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè óòâåðæäàåò, ÷òî ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ íåëüçÿ ðàññìàòðèâàòü èçîëèðîâàííî äðóã îò äðóãà. Íà îñíîâàíèè ýòèõ âûâîäîâ â 1907 ã. íåìåöêèé ìàòåìàòèê Ã. Ìèíêîâñêèé âûñêàçàë ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî òðè ïðîñòðàíñòâåííûõ è îäíà âðåìåííàÿ ðàçìåðíîñòü ëþáûõ ìàòåðèàëüíûõ òåë òåñíî ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Âñå ñîáûòèÿ âî Âñåëåííîé ïðîèñõîäÿò â åäèíîì ÷åòûðåõìåðíîì ïðîñòðàíñòâå-âðåìåíè. 121 Îáøàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè.  ðàìêàõ îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, êîòîðàÿ ñîçäàâàëàñü â òå÷åíèå äåñÿòè ëåò, ñ 1906 ïî 1916 ã., À. Ýéíøòåéí îáðàòèëñÿ ê ïðîáëåìå òÿãîòåíèÿ, äàâíî ïðèâëåêàâøåé ê ñåáå âíèìàíèå ó÷åíûõ. Ïîýòîìó îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè ÷àñòî íàçûâàþò òåîðèåé òÿãîòåíèÿ.  íåé áûëè ðàñêðûòû íîâûå ñòîðîíû çàâèñèìîñòè ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ îòíîøåíèé îò ìàòåðèàëüíûõ ïðîöåññîâ. Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè îñíîâûâàåòñÿ óæå íå íà äâóõ, à íà òðåõ ïîñòóëàòàõ. Ïåðâûé ïîñòóëàò îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè — ðàñøèðåííûé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè, êîòîðûé óòâåðæäàåò èíâàðèàíòíîñòü çàêîíîâ ïðèðîäû â ëþáûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà, êàê èíåðöèàëüíûõ, òàê è íåèíåðöèàëüíûõ, äâèæóùèõñÿ ñ óñêîðåíèåì èëè çàìåäëåíèåì. Îí ãîâîðèò î òîì, ÷òî íåëüçÿ ïðèïèñûâàòü àáñîëþòíûé õàðàêòåð íå òîëüêî ñêîðîñòè, íî è óñêîðåíèþ, êîòîðîå èìååò êîíêðåòíûé ñìûñë òîëüêî ïî îòíîøåíèþ ê ôàêòîðó, åãî îïðåäåëÿþùåìó. Âòîðîé ïîñòóëàò — ïðèíöèï ïîñòîÿíñòâà ñêîðîñòè ñâåòà — îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Òðåòèé ïîñòóëàò — ïðèíöèï ýêâèâàëåíòíîñòè èíåðòíîé è ãðàâèòàöèîííîé ìàññ. Ýòîò ôàêò áûë èçâåñòåí åùå â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå. Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç, êîòîðûé áûë ñäåëàí ó÷åíûì, ïîçâîëèë ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ôèçèêà íå çíàåò ñïîñîáà îòëè÷èòü ýôôåêò ãðàâèòàöèè îò ýôôåêòà óñêîðåíèÿ. Èíà÷å ãîâîðÿ, êèíåìàòè÷åñêèå ýôôåêòû, âîçíèêàþùèå ïîä äåéñòâèåì ãðàâèòàöèîííûõ ñèë, ýêâèâàëåíòíû ýôôåêòàì, âîçíèêàþùèì ïîä äåéñòâèåì óñêîðåíèÿ. Òàê, åñëè ðàêåòà âçëåòàåò ñ óñêîðåíèåì 2g, òî ýêèïàæ ðàêåòû áóäåò ÷óâñòâîâàòü ñåáÿ òàê, êàê áóäòî îí íàõîäèòñÿ â óäâîåííîì ïîëå òÿæåñòè Çåìëè. Âàæíåéøèì âûâîäîì îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè ñòàëà èäåÿ, ÷òî èçìåíåíèå ãåîìåòðè÷åñêèõ (ïðîñòðàíñòâåííûõ) è âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê òåë ïðîèñõîäèò íå òîëüêî ïðè äâèæåíèè ñ áîëüøèìè ñêîðîñòÿìè, êàê ýòî áûëî äîêàçàíî ñïåöèàëüíîé òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè, íî è â ãðàâèòàöèîííûõ ïîëÿõ. Ñäåëàííûé âûâîä íåðàçðûâíî ñâÿçûâàë îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè ñ ãåîìåòðèåé, íî îáùåïðèçíàííàÿ ãåîìåòðèÿ Åâêëèäà äëÿ ýòîãî íå ãîäèëàñü. Ýéíøòåéí èñïîëüçîâàë ãåîìåòðèþ Á. Ðèìàíà, êîòîðàÿ âåðíà äëÿ ïîâåðõíîñòè ñôåðû, è ñäåëàë âûâîä î êðèâèçíå ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíè. Êàê ìîæíî ïðåäñòàâèòü ñåáå èñêðèâëåíèå ïðîñòðàíñòâà, î êîòîðîì ãîâîðèò îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè? Ïðåäñòàâèì ñåáå î÷åíü òîíêèé ëèñò ðåçèíû è áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ýòî ìîäåëü ïðîñòðàíñòâà. Ðàñïîëîæèì íà ýòîì ëèñòå áîëüøèå è ìàëåíüêèå øàðèêè — ìîäåëè çâåçä è ïëàíåò. Øàðèê áóäåò ïðîãèáàòü ëèñò ðåçèíû òåì áîëüøå, ÷åì áîëüøå åãî ìàññà. Ýòî íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò çàâèñèìîñòü êðèâèçíû ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíè îò ìàññû òåëà, ïîäòâåðæäàåò ïðàâîòó Ðèìàíà. 122 Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè óñòàíîâèëà íå òîëüêî èñêðèâëåíèå ïðîñòðàíñòâà ïîä äåéñòâèåì ïîëåé òÿãîòåíèÿ, íî è çàìåäëåíèå õîäà âðåìåíè â ñèëüíûõ ãðàâèòàöèîííûõ ïîëÿõ. Äàæå òÿãîòåíèå Ñîëíöà, äîñòàòî÷íî íåáîëüøîé ïî êîñìè÷åñêèì ìåðêàì çâåçäû, âëèÿåò íà òåìï ïðîòåêàíèÿ âðåìåíè, çàìåäëÿÿ åãî âáëèçè ñåáÿ. Ïîýòîìó, åñëè ìû ïîøëåì ðàäèîñèãíàë â êàêóþ-òî òî÷êó, ïóòü ê êîòîðîé ïðîõîäèò ðÿäîì ñ Ñîëíöåì, ïóòåøåñòâèå ðàäèîñèãíàëà çàéìåò â òàêîì ñëó÷àå áîëüøå âðåìåíè, ÷åì òîãäà, êîãäà íà ïóòè ýòîãî ñèãíàëà, îòïðàâëåííîãî íà òàêîå æå ðàññòîÿíèå, Ñîëíöà íå áóäåò. Çàäåðæêà ñèãíàëà ïðè åãî ïðîõîæäåíèè âáëèçè Ñîëíöà ñîñòàâëÿåò îêîëî 0,0002 ñ. Òàêèå ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëèñü, íà÷èíàÿ ñ 1966 ã., â êà÷åñòâå îòðàæàòåëÿ èñïîëüçîâàëèñü êàê ïîâåðõíîñòè ïëàíåò (Ìåðêóðèÿ, Âåíåðû), òàê è îáîðóäîâàíèå ìåæïëàíåòíûõ ñòàíöèé. Îäíî èç ñàìûõ ôàíòàñòè÷åñêèõ ïðåäñêàçàíèé îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè — ïîëíàÿ îñòàíîâêà âðåìåíè â î÷åíü ñèëüíîì ïîëå òÿãîòåíèÿ. Çàìåäëåíèå âðåìåíè òåì áîëüøå, ÷åì ñèëüíåå òÿãîòåíèå. Ãðàâèòàöèîííîå çàìåäëåíèå âðåìåíè, ìåðîé è ñâèäåòåëüñòâîì êîòîðîãî ñëóæèò êðàñíîå ñìåùåíèå, î÷åíü çíà÷èòåëüíî âáëèçè íåéòðîííûõ çâåçä, à ó ãðàâèòàöèîííîãî ðàäèóñà ÷åðíîé äûðû îíî ñòîëü âåëèêî, ÷òî âðåìÿ òàì, ñ òî÷êè çðåíèÿ âíåøíåãî íàáëþäàòåëÿ, ïðîñòî çàìèðàåò. Ñóùåñòâîâàíèå ÷åðíûõ äûð áûëî ïðåäñêàçàíî îáùåé òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè. Åñëè áû íàøå ñâåòèëî âäðóã ñæàëîñü è ïðåâðàòèëîñü â øàð ñ ðàäèóñîì â 3 êì èëè ìåíüøå (ðàäèóñ Ñîëíöà ðàâåí 700 000 êì), îíî ïðåâðàòèëîñü áû â ÷åðíóþ äûðó. Èç-çà òàêîãî ñæàòèÿ ñèëà òÿãîòåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè, îòêóäà èñõîäèò ñâåò, âîçðàñòåò íàñòîëüêî, ÷òî ãðàâèòàöèîííîå êðàñíîå ñìåùåíèå îêàæåòñÿ äåéñòâèòåëüíî áåñêîíå÷íûì. Ñîëíöå ïðîñòî ñòàíåò íåâèäèìûì, íè îäèí ôîòîí íå âûëåòèò çà åãî ïðåäåëû. Ñ íàøèì Ñîëíöåì òàêîãî íå ñëó÷èòñÿ, à âîò çâåçäû, ïðåâîñõîäÿùèå Ñîëíöå ïî ìàññå â 3 ðàçà, â êîíöå ñâîåé ýâîëþöèè ïðåâðàùàþòñÿ â òàêèå îáúåêòû. Ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíèÏîñêîëüêó ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ íåîòäåëèìû îò ìàòåðèè, ïðàâèëüíåå áûëî áû ãîâîðèòü î ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ ñâîéñòâàõ è îòíîøåíèÿõ ìàòåðèàëüíûõ ñèñòåì. Îäíàêî ïðè ïîçíàíèè ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ó÷åíûå ÷àñòî àáñòðàãèðóþòñÿ îò èõ ìàòåðèàëüíîãî ñîäåðæàíèÿ, ðàññìàòðèâàÿ èõ êàê ñàìîñòîÿòåëüíûå ôîðìû áûòèÿ.  ó÷åáíûõ öåëÿõ ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè òàêæå ðàññìàòðèâàþòñÿ îòäåëüíî. Îáùèå ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà. Îáùèìè ñâîéñòâàìè ïðîñòðàíñòâà ÿâëÿþòñÿ: 1) ïðîòÿæåííîñòü, ïîíèìàÿ êàê ðÿäîïîëîæåííîñòü, ñóùåñòâîâàíèå è ñâÿçü ðàçëè÷íûõ ýëåìåíòîâ (òî÷åê, îòðåçêîâ, îáúåìîâ è äð.), 123 âîçìîæíîñòü ïðèáàâëåíèÿ ê êàæäîìó äàííîìó ýëåìåíòó íåêîòîðîãî ñëåäóþùåãî ýëåìåíòà ëèáî âîçìîæíîñòü óìåíüøåíèÿ ÷èñëà ýëåìåíòîâ. Ïðîòÿæåííîñòü ïðîñòðàíñòâà ïðîÿâëÿåòñÿ êàê åäèíñòâî ïðåðûâíîñòè è íåïðåðûâíîñòè â åãî ñòðóêòóðå. Äëÿ ïðîñòðàíñòâà â öåëîì õàðàêòåðíî îòñóòñòâèå êàêèõ-ëèáî «ðàçðûâîâ» è íàðóøåíèé â ðàñïðîñòðàíåíèè âçàèìîäåéñòâèé â ïðèðîäå. Íî äëÿ îòäåëüíûõ ìàòåðèàëüíûõ òåë ñâîéñòâåííà îòíîñèòåëüíàÿ ïðåðûâíîñòü, êîòîðàÿ ïðîÿâëÿåòñÿ â ðàçäåëüíîì ñóùåñòâîâàíèè ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ è ñèñòåì, èìåþùèõ îïðåäåëåííûå ðàçìåðû è ãðàíèöû; 2) òðåõìåðíîñòü, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðîé âñå ìàòåðèàëüíûå ïðîöåññû è ÿâëåíèÿ, èçâåñòíûå íàì, ðåàëèçóþòñÿ â ïðîñòðàíñòâå òðåõ èçìåðåíèé, ò.å. îáëàäàþò äëèíîé, øèðèíîé è âûñîòîé. Ýòî îáùåå ñâîéñòâî, êîòîðîå îáíàðóæèâàåòñÿ íà âñåõ èçâåñòíûõ ñòðóêòóðíûõ óðîâíÿõ îðãàíèçàöèè ìàòåðèè è îðãàíè÷åñêè ñâÿçàíî ñî ñòðóêòóðíîñòüþ ñèñòåì è èõ äâèæåíèåì. Îáùèå ñâîéñòâà âðåìåíè. Îáùèìè ñâîéñòâàìè âðåìåíè ÿâëÿþòñÿ: 1) äëèòåëüíîñòü, êîòîðàÿ âûñòóïàåò êàê ïîñëåäîâàòåëüíîñòü Äëèòåëüíîñòü áûòèÿ îáúåêòîâ âî âðåìåíè âûñòóïàåò êàê åäèíñòâî ïðåðûâíîãî è íåïðåðûâíîãî. Îáùàÿ íåïðåðûâíîñòü âðåìåíè ïðîÿâëÿåòñÿ â ïîñòîÿííîì ïåðåõîäå ïðåäøåñòâóþùèõ ñîñòîÿíèé â ïîñëåäóþùèå. Ïðåæäå ÷åì ïðîèçîéäåò êàêîå-ëèáî ÿâëåíèå â áóäóùåì, äîëæíû îñóùåñòâèòüñÿ âñå ïðåäøåñòâóþùèå åìó èçìåíåíèÿ â ïðîøëîì. Íî êîíêðåòíûå îáúåêòû ìàòåðèàëüíîãî ìèðà èìåþò íà÷àëî è êîíåö, îïðåäåëåííóþ äëèòåëüíîñòü, ò.å. ñóùåñòâóþò êîíå÷íûé ïåðèîä. Ïîýòîìó ìîæíî ãîâîðèòü î ïðåðûâíîñòè áûòèÿ êîíå÷íûõ ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ, õîòÿ îíà è îòíîñèòåëüíà, òàê êàê ìåæäó âñåìè ñìåíÿþùèìè äðóã äðóãà êà÷åñòâàìè èìååòñÿ âíóòðåííÿÿ ñâÿçü è íåïðåðûâíûé ïåðåõîä; 2) íåîáðàòèìîñòü âðåìåíè — îáùåå ñâîéñòâî âðåìåíè, îçíà÷àþ Ïîíÿòèå íàñòîÿùåãî, òàê æå êàê è ïîíÿòèå ñîâðåìåííîñòè, ìíîãîçíà÷íî, òàê êàê îõâàòûâàåò ðàçëè÷íûå âðåìåííûå èíòåðâàëû. Òàê, äëÿ ÷åëîâåêà ïðåäåëüíî ñóæåííîå íàñòîÿùåå — ýòî ñèþñåêóíäíîå ïåðåæèâàíèå, ôèêñèðóåìîå ñ áîëüøèì òðóäîì; äëÿ ýëåìåí- 124 òàðíûõ ÷àñòèö — î÷åíü ìàëûå îòðåçêè, êîòîðûå äëÿ Ãàëàêòèêè âîçðàñòàþò äî ñîòíè òûñÿ÷ ëåò, à â áîëüøèõ ñèñòåìàõ áóäóò åùå áîëåå çíà÷èòåëüíûìè; 3) îäíîìåðíîñòü âðåìåíè, ïðîÿâëÿþùàÿñÿ â ëèíåéíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñîáûòèé, ãåíåòè÷åñêè ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé. Åñëè äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîëîæåíèÿ òåëà â ïðîñòðàíñòâå íåîáõîäèìî çàäàòü òðè êîîðäèíàòû, òî äëÿ îïðåäåëåíèÿ âðåìåíè äîñòàòî÷íî îäíîé. Îáùèå ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ïðîÿâëÿþòñÿ íà âñåõ ñòðóêòóðíûõ óðîâíÿõ îðãàíèçàöèè ìàòåðèè. Ó íåêîòîðûõ êëàññîâ ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ ïðîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå, ëîêàëüíûå ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè. Òàê, â ìàêðîìèðå âñå ìàòåðèàëüíûå òåëà èìåþò êîíêðåòíûå ïðîñòðàíñòâåííûå ôîðìû, ðàçìåðû, ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ è ò.ä. Âñå ìàòåðèàëüíûå òåëà è ïðîöåññû èìåþò êîíêðåòíóþ äëèòåëüíîñòü ñâîåãî ñóùåñòâîâàíèÿ. Òàêæå ó ìàòåðèàëüíûõ òåë ïðîÿâëÿþòñÿ ðàçíûå âèäû ñèììåòðèè èëè àñèììåòðèè.  öåëîì ïðîñòðàíñòâó ïðèñóùè ñâîéñòâà èçîòðîïíîñòè è îäíîðîäíîñòè. Èçîòðîïíîñòü — ýòî îòñóòñòâèå âüùåëåííûõ íàïðàâëåíèé (âåðõ, íèç è ò.ä.), íåçàâèñèìîñòü ñâîéñòâ òåë, äâèæóùèõñÿ ïî èíåðöèè, îò íàïðàâëåíèÿ èõ äâèæåíèÿ. Îäíîðîäíîñòü — ýòî îäèíàêîâîñòü ñâîéñòâ ïðîñòðàíñòâà ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì. Íî â ñòðóêòóðå îòäåëüíûõ òåë ìîæíî îòìåòèòü àíèçîòðîïèþ (òåëà ðàñùåïëÿþòñÿ â îäíèõ íàïðàâëåíèÿõ ëó÷øå, ÷åì â äðóãèõ) è íåîäíîðîäíîñòü. Èçó÷åíèå ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ïðîäîëæàåòñÿ è ñåãîäíÿ. Åñòü èíòåðåñíûå èññëåäîâàíèÿ î ñîöèàëüíîì è áèîëîãè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè, ãèïîòåçû î ïðèðîäå âðåìåíè. Ëèòåðàòóðà äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîãî èçó÷åíèÿ
. Êîììåíòàðèè (3)
Ñì. òàêæå
ÒÅÎÐÈÈ ÁÎËÜØÎÃÎ ÎÁÚÅÄÈÍÅÍÈß È ÑÓÏÅÐÎÁÚÅÄÈÍÅÍÈß ÎÁÙÀß ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÕ ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈÉ Êîíöåïöèè ìàòåðèè, äâèæåíèÿ, ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè Ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è çàêîíû ñîõðàíåíèÿ ÏÐÎÁËÅÌÀ ÁÛÒÈß Ïîíÿòèå áûòèÿ è ñóáñòàíöèè ýëåêòðîííàÿ áèáëèîòåêà ó÷åáíèêîâ è òåêñòîâ ïî ôèëîñîôèè Âèíîãðàé Ý. Îñíîâû ôèëîñîôèè ýëåêòðîííàÿ Ìàòåðèÿ è äâèæåíèå Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ êàê àòðèáóòû ìàòåðèè |
|