Превращение разных форм материи друг в друга свидетельствует о единстве материального мира, о том, что, несмотря на различие, во всех этих формах есть общее.
Благодаря таким превращениям многие элементарные частицы очень недолговечны. Так, например, мезоны и позитроны «живут» миллионные доли секунды. Так же неустойчивы и вновь открытые частицы — гипероны.
Как видим, эти частицы очень мало похожи на неизменные «кирпичики мироздания».
Но какие же элементарные частицы входят в состав ядер атомов? Некоторое время предполагали, что в ядре находятся протоны, количество которых равно атомному весу элемента, и электроны, которые уравновешивают часть положительных зарядов ядра. Так что общий заряд ядра считался равным общему количеству содержащихся в ядре протонов, за вычетом тех протонов, которые нейтрализуются электронами, находящимися там.
Позже было доказано, что это предположение противоречит ряду прочно установленных в физике положений, а поэтому пришлось отказаться от него.
Выяснить строение атомного ядра помогло открытие нейтрона. Советским физиком Д. Д. Иваненко была высказана мысль о том, что в состав ядра входят не протоны и электроны, а протоны и нейтроны. Количество протонов определяет заряд ядра, а общее количество прогонов и нейтронов, вместе взятых, равно его атомному весу.
Но как объяснить в таком случае тот факт, что при радиоактивном излучении из ядра атома выделяются бета-лучи, то есть электроны?
Электронов в ядре действительно нет, но они рождаются ядром в результате превращений частиц, входящих в его состав. Так, нейтрон порождает электрон, превращаясь в протон. Этим и объясняется испускание бета-лучей (то есть потока электронов ) радиоактивными веществами. Испускание альфа-лучей (то есть ядер гелия) объясняют так. Ядро атома гелия, в которое входят 2 протона и 2 нейтрона, обладает особой прочностью. Поэтому из радиоактивных веществ часто вырываются вместе 2 протона и 2 нейтрона, то есть альфа-частицы.
В связи с протонно-нейтронной теорией атомного ядра возникает следующий вопрос. Чем объяснить, что ядра не рассыпаются и представляют собой довольно устойчивые образования, особенно ядра гелия? Ведь известно, что все протоны заряжены положительно, а положительные заряды отталкиваются друг от друга. Нейтроны же в этом случае никакого электрического действия оказывать не могут, поскольку они не имеют заряда.
Размышления над этим вопросом привели к предположению, что внутри ядра действуют новые, ранее неизвестные, мощные силы, во много раз превосходящие силы электрического отталкивания. Природа этих сил полностью еще до сих пор не изучена. Но ясно то, что эти силы громадны. Сила электрического отталкивания тем больше, чем меньше расстояние. Поэтому при тех малых расстояниях, которые имеются между протонами в ядре, силы отталкивания между ними должны быть очень велики. А для того чтобы, несмотря на это, удержать протоны в ядре, требуются еще большие силы.
Такие мощные силы способны совершать и огромную работу, во много раз превосходящую ту, которая производится при помощи других известных нам сил — пара, электричества и так далее. Способность совершать работу, как мы уже говорили, называется в физике энергией. Следовательно, атомные ядра в своей совокупности обладают очень большой энергией.
О колоссальном количестве энергии, заключенной в атомных ядрах, можно было судить и на основании других соображений. После того как были произведены точные измерения масс протонов и нейтронов, ученых поразило одно очень странное явление. Масса ядра гелия (то есть альфа-частицы), состоящего из двух протонов и двух нейтронов, оказалась меньше, чем сумма масс двух протонов и двух нейтронов, взятых в отдельности. Выходит, при соединении четырех отдельных частиц в одну сложную частицу куда-то исчезает часть массы.
Этот странный факт был объяснен на основе формулы о соотношении между массой и энергией. Это соотношение было установлено известным американским физиком Альбертом Эйнштейном, которого Ленин назвал одним из «великих преобразователей естествознания».
А. Эйнштейн доказал, что масса тела тесно связана с его энергией. С увеличением энергии тела растет и его масса. Например, если тело нагреть, то его энергия от этого увеличится, следовательно, увеличится и масса. Но это увеличение массы нагретого тела не будет заметно, так как по соотношению Эйнштейна очень большим количествам энергии соответствует очень маленькая масса.