Для тяготения и электромагнетизма характерно дальнодействие - потому их так быстро и распознали. Власть этих сил простирается до безмерных далей, теряющихся в космических глубинах.
Иное у ядерных сил (силы сильные и силы слабые).
"Руки" у них коротки. Им по плечу только малые субъядерные расстояния. Сильные силы обусловливают целостность атомных ядер и частиц. Они связывают между собой протоны и нейтроны в атомном ядре и кварки внутри протонов и нейтронов. А вот силы слабые наоборот- именно они ответственны за развалы ядер и частиц.
Именно их стараниями в мире элементарных частиц целое распадается на части. Приведем только один, но важный пример могущества слабых сил. Если бы удалось "выключить" слабые силы, то погасло бы Солнце, иОо "выгорание" содержащегося в светиле водорода, его превращение в гелий прекратилось бы.
Итак, миром правят четыре силы. Но насколько различными они кажутся внешне! Взять хотя бы их величину.
Примем самые мощные из четверки сил - сильные взаимодействия - за мерило, за единицу. Ею будет величина сил, притягивающих друг к другу два протона-соседа Тогда электромагнитные силы, отталкивающие те же протоны (одноименные заряды отталкиваются), будут примерно в сто (10^-2) раз слабее.
Еще меньше - в 1Q-5 раз - слабые взаимодействия (слабые силы). И уж совсем ничтожны силы тяготения:
они слабее сильных в 10^-39 раз.
Как это представить? Если бы электроны были привязаны к атомному ядру не электричеством, а гравитацией, то атом водорода - самый маленький из атомов - был бы больше всей нашей (видимой человеку) Вселенной!
Всего четыре основных взаимодействия наблюдается н природе - как это все напоминает взгляды древних.
Горячее и холодное, сухое и влажное. Эти две пары противоположных характеристик неизменно приписывались тем основополагающим элементам, из которых, как полагали в античном мире и в средневековье, состоит весь окружающий мир - горячий, сухой огонь; горячий, влажный воздух; холодная, влажная вода; холодная, сухая земля.
Но гораздо удивительнее, пожалуй, другое совпадение. Согласно древнеиндийским Ведам четыре первоэлемента - воздух, огонь, вода, земля обязаны своим происхождением так называемому "акаша", имеющему, видимо, смысл первородного "пространства" или, что понятнее физикам, чего-то напоминающего мировой эфир.
Так рассуждали многие тысячелетия назад древние мудрецы. И удивительно схожим образом рассуждают современные ученые. По новейшим воззрениям физиков, об этом сейчас будет речь, четыре главные силы природы, как четыре основные нити в прекрасном, созданном руками искусного художника гобелене, всего лишь различные проявления одной основополагающей силы природы, одного основного начала.
Великое, затем - суперобъединение
В истории физических теорий прослеживается упорная тенденция к унификации.
Первый шаг сделал И. Ньютон (1643-1727). Он показал, что один и тот же закон управляет и полетом снарядов, и перемещением планет. Обстоятельство это отнюдь не самоочевидно: интуитивно мы воспринимаем очень большие и очень малые тела (скажем, Солнце и яблоко) весьма различно. Поэтому во времена И. Ньютона тот факт, что одни и те же закономерности описывают и движение звезд, и движение колесиков часового механизма, воспринимался как откровение.
Быстрый и бесспорный успех механики Ньютона привел к тому, что эта наука о силах и движении была принята как основа физики в целом и вообще для всех естественных наук. В любом феномене прежде всего искалп "механизм" и "движущие силы". Этот принцип пытались также применить к электрической и магнитной силам, которые вначале воспринимались как совершенно разнородные явления. Понадобился гений Дж. Максвелла (английский физик, 1831-1879) для осознания того, что законы электромагнетизма нельзя вывести из законов механики.
Позднее этот же ученый объединил электрические и магнитные явления. Предпосылкой для объединения этих, казалось бы, разнородных сил послужил изящный опыт, выполненный датским физиком X. Эрстедом.
Эксперимент X. Эрстеда (1820 год) был восхитительно прост. Ученый поднес к проводнику, по которому шел электрический ток, обыкновенный магнитный компас.
И стрелка компаса отклонилась: электричество порождало магнетизм!
Вот так постепенно шел поиск того малого числа нитей, из которых соткан "гобелен" мироздания.
В начале XX века еще полагали, что в природе существует только два фундаментальных взаимодействия - гравитационное и электромагнитное. И А. Эйнштейн (1879-1955) захотел их объединить. Опирался он на идею геометризации физического описания явлений природы, что блестяще оправдало себя при построении общей теории относительности. Показав, что тяготение можно рассматривать как геометрическое свойство пространства-времени, связанное с его кривизной, ученый попытался найти и другую его геометрическую характеристику, которая могла бы проявлять себя как электрический заряд.
На это ушла большая часть второй половины жизни А. Эйнштейна. К сожалению, результаты (были у A. Эйнштейна и последователи, воздвигшие красивые математические конструкции) оказались малоубедительны.
И все же до последних дней жизни он сохранил твердую веру в конечную простоту основных законов природы.
Вот его слова: "Наш опыт убеждает нас, что природа - это сочетание самых простых математических идей". И еще: "Бог ни за что не упустил бы возможности сделать Природу такой простой".
Отношения А. Эйнштейна к простоте были особыми.
И свою личную жизнь он - совсем в духе Г. Торо! - стремился максимально упростить.
"Спальня Эйнштейна выглядела как монастырская келья, - писал один из его биографов. - Не было ни картин на стенах, ни ковра на полу. Он часто ходил по дому босиком. Его жена Эльза подрезала ему волосы лишь раз в несколько месяцев - чаще он не позволял..."
Исповедовал простоту - мы вновь возвращаемся к науке - и другой видный фпзпк недавнего прошлого, немец
B. Гейзенберг (1901-1976). В одной из своих работ ("Что такое "понимание" в теоретической физике") он писал:
"Все еще может считаться лучшим критерием корректности новых концепций старая латинская пословица "Simplex sigilum veri" ("Простота - это признак истинности"), которая была выведена большими буквами в аудитории Геттингенского университета".
Однако реальными успехами эти честолюбивые устремления физиков ознаменовались лишь совсем недавно. Теоретикам (американцам С. Вайнбергу и Ш. Глэшоу и индусу А. Саламу за эти работы в 1979 году была присуждена Нобелевская премия по физике) удалось-таки объединить слабые и электромагнитные силы. Так возникли новые силы - электрослабые.
Аппетит, как говорится, приходит во время еды. Ободренные успехом, физики замыслили новое объединение - "великое", или "гранд-объединение" электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий.
Это заботы настоящего, а в будущем видится еще более дерзкая акция -объединение всех сил, включая и гравитацию. Эта программа получила название "суперобъединения".
Здесь уже все: и полный спектр масс элементарных частиц, и объяснение их характеристик, и ответы на вопросы, почему одни частицы заряжены, другие нет, почему масса протона точно в 1836 раз больше массы электрона, отчего никак не удается обнаружить свободные изолированные кварки и т. д. - все должно быть истолковано. "Заодно мы объяснили бы весь Мир" - так полушутя выразился один советский физик.
Удастся ли ученым дотянуться до истинной простоты, будут ли удовлетворены их амбиции полностью - покажет время. На очереди сейчас "великое объединение".
Оно могло бы показаться игрой фантазии физиков-теоретиков, если бы не одно вытекающее из него фундаментальное предсказание. Вот оно: протон, дотоле считавшийся абсолютно стабильной частицей, должен - если "великое объединение" возможно, - просто обязан распадаться!
Дрожанье хаоса
Лукреций Кар (I век до новой эры, римский поэт и философ, страстный пропагандист учений Эпикура) в поэме "О природе вещей" вслед за Демокритом объявил атомы вечными. Он полагал, что это тот фундамент, на котором и покоится незыблемость нашего мира.