ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 04 - Александр Сергеевич Алексеев

Не ведает этого толком и сам профессор. Однако он говорит, что доказательство теоремы Ферма как будто поначалу не сулило никому никакой практической пользы. Но за прошедшие столетия выяснилось, что эта никчемная, казалось бы, забава послужила отправным толчком к развитию нескольких областей математики, что, в конце концов, принесло ощутимую практическую пользу.

СПРАШИВАЛИ?

Отвечаем

ВСЕЛЕННАЯ В АТОМЕ

Публикация статьи С. Н. Славина в № 1 за 2001 г. подтолкнула к мысли: ведь бесконечность имеет два знака «+» и «—». Означает ли это, что Вселенная бесконечна и в сторону микромира? Есть ли научные гипотезы по этому поводу? Есть ли какие-то предположения по поводу существования каких-либо форм разумной жизни, которые могут иметь место и в микромире? Не напоминает ли строение атома, допустим, Плутония, Солнечную систему в миниатюре?

А. М. НОВИКОВ. г. Самара

Уважаемый Андрей Михайлович! В свое время мы уже обсуждали этот вопрос и пришли к выводу, что Вселенная бесконечна в обе стороны. Но поскольку, судя по письмам, эта проблема интересует не только вас одного, придется, видимо, повторить вкратце эти рассуждения.

В начале XX века известный поэт В. Брюсов опубликовал стихотворение «Мир электрона», в котором, в частности, есть такие строки:

Быть может, эти электроны —

Миры, где пять материков,

Искусство, знанья, войны, троны

И память сорока веков!

Строки эти навеяны представлениями современной Брюсову науки. Так, в 1913 году знаменитый датский физик Нильс Бор предложил первую количественную теорию атома. Согласно ей, вокруг массивного ядра легкие электроны вращаются примерно так же, как планеты ходят по своим орбитам вокруг звезды. Кое-кто воспринял эту аналогию чересчур буквально, и в печати начала века появились научно-фантастические публикации, авторы которых порою вполне серьезно полагали, что электроны-планеты населены чрезвычайно малыми живыми существами. И на каком-то этапе развития своей науки они обнаруживают, что их атомы тоже являются малыми планетными системами…

С высоты наших сегодняшних познаний можно было бы и усмехнуться, читая о тех теориях этакого «матрешечного» мира: из большой Вселенной раз за разом вынимаются вселенные поменьше… Но в свете некоторых научных представлений эта усмешка получается несколько кривоватой.

Чтобы понять, в чем тут дело, давайте начнем с самого начала.

Еще 2500 лет назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?

Пока философы размышляли над этими «вечными» вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других…

Во всяком случае, на сегодняшний день физики полагают, что «первокирпичиками» Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, которые пока никому не удалось «засечь» в эксперименте. Так что никто пока не знает достоверно, существуют ли кварки на самом деле. Ну а если они в действительности обнаружатся, можете не сомневаться, физики попробуют разделить и их…

Есть ли, в конце концов, конец этой цепочке деления? Многих эта игра «в матрешки» заводит в тупик. В самом деле, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. С таким выводом не может согласиться ни один уважающий себя материалист. Если же «первокирпичики» действительно существуют, значит, дойдя до последней «матрешки», мы исчерпаем все свойства мира? Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен…

Тупик? Ничего подобного. Этот тупик нам видится только потому, что мы подходим к проблеме с точки зрения нашего обыденного мира. А чтобы познать мир элементарных частиц, чтобы познать, что же происходит там, внутри атома, приходится овладевать совсем другой логикой.

Так, скажем, здравый смысл и опыт дают нам все основания полагать: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет в два раза меньше целого. Сложив вместе обе половинки, мы снова будем видеть перед собой практически целое яблоко. И уж, конечно, не может такого быть, чтобы половинка весила больше, чем целое яблоко.

А вот в мире микрочастиц подобные феномены в порядке вещей. Разнимая «матрешки», на каком-то этапе физики вдруг обнаружили, что закон сохранения массы больше не соблюдается. Масса целой частицы сплошь и рядом оказывается меньше суммы масс тех частиц, что получаются из нее в результате реакции деления. Почему? Каким образом?..

Физиков выручил опять-таки Эйнштейн. Он доказал, что масса и энергия эквивалентны. И недостача массы может быть восполнена выделением соответствующего количества энергии. Кстати, именно это положение лежит в основе термоядерной реакции, на которую еще недавно возлагали столь большие надежды энергетики всего мира. Ныне, правда, эти надежды несколько поблекли — задачка оказалась много труднее, чем предполагалось поначалу. Но если осуществить управляемый термоядерный синтез все-таки удастся (особенно если с помощью «холодного термояда», весьма простого в осуществлении), то проблемы человечества с получением энергии будут исчерпаны.

И это, кстати, не единственно принципиально возможный способ черпать энергию из микромира. Например, протон, как полагают, состоит из трех кварков. Так вот, масса одного кварка во раз много превышает массу одного протона. Естественно, масса трех кварков еще больше… И все эти 95 процентов «излишней» массы опять-таки переходят в энергию. Несложные подсчеты показывают, что «утилизация» 1 г кварков позволила бы получить количество энергии, эквивалентное той, что получается ныне при сжигании 2500 т нефти!

Но мы несколько отвлеклись. Главная тема нашего разговора ведь все-таки о размерности миров. Ну так вот…

«Может ли слон залезть в кастрюлю? — рассуждает по этому поводу доктор химических наук Ю. Г. Чирков. — Странный, казалось бы, вопрос. Но разве не столь же странно положение «толстых» кварков, втиснутых в чрево «худенького» протона? А ведь это в мире микрочастиц совсем не исключение…

Но если слон может влезть в кастрюлю, значит, сама кастрюля уж никак не может влезть в слона? Не будем спешить с выводами. Элементарным частицам эта задачка — семечки. Вот, например, свободный нейтрон. В среднем через 17 мин он распадается на протон, электрон и антинейтрино. Значит, протон входит составной частью в нейтрон. Но, с другой стороны, при столкновении двух протонов появляется несколько элементарных частиц и среди них… нейтроны. Значит, нейтрон входит составной