Ядерный маскарад
Итак, наука знает немало моделей, с помощью которых пытались объяснить магнетизм Земли. Однако эти модели, как правило, взаимно исключают друг друга. Будь прав Гильберт со своим железным шаром, не нужно было бы кольцо Лебедева, а уж золотой цилиндр Блэкета и вовсе оказывается тут не у дел. Однако бывают случаи, когда модели не сменяют друг друга, а ведут, так сказать, политику мирного сосуществования. И эти случаи не так уж редки, поэтому надо поговорить о них особо. Тем более что с «двое-, трое- и большевластием» приходится особенно часто сталкиваться там, где разгадываются самые глубокие тайны материи.
Взять, скажем, атомное ядро.
Есть капельная модель ядра. Это не значит, разумеется, что ядро объявляется обыкновенной каплей воды. «Просто» при расчетах принимается, что ядерные частицы, нуклоны, передвигаясь внутри ядра, часто сталкиваются между собой, и длина пробега без столкновений так же мала по сравнению с диаметром ядра, как средняя длина свободного пробега молекулы в капле воды по сравнению с диаметром капли. Принимая за основу эту модель, находят много сходства между разрывом капли на две и распадом атомного ядра. Энергия, приобретенная одним нуклоном, так же быстро передается другим, как энергия одной молекулы воды ее соседкам. Но «свойства капли» ядро проявляет при сравнительно высоких энергиях. При низких же — уравнения гидродинамики и гидростатики оказываются уже непригодными. И тогда ядро сравнивают уже с пузырьком газа — принимают за основу расчетов газовую модель ядра.
Прибегают ученые и к так называемой оптической модели ядра, когда его рассматривают как однородную преломляющую среду. Особенно же широко используется оболочечная модель, считающая ядро состоящим из нескольких слоев оболочек.
И все это — модели одного и того же ядра, «перевоплощения» его. Поневоле вспомнишь о басне, в которой звери принимали зеркало за картину и не могли сговориться насчет того, что они на ней видят. Или о чудовищном порождении фантазии древних греков — Химере, с телом козы, головой льва и хвостом дракона. Или о детской картинке, на которой заяц стоит на «курьих ножках». Ядро оказывается единым во многих лицах, не хуже, чем сам господь бог согласно христианскому учению. Но на самом деле «лиц» у атомного ядра даже не три и не четыре — ведь число моделей его не ограничивается теми, что здесь перечислены.
Как же так? Что за многоликость? А дело в общем проще, чем может показаться. Примерно та же история, что с обыкновенным «твердым телом» — предметом гораздо более и конкретным и близким нам. В механике Ньютона оно рассматривается как идеально твердое. Другой прославленный английский физик, Роберт Гук, рассчитывал случаи, в которых оно ведет себя как идеально упругое; и то и другое, хоть не до конца, в отдельных случаях оказывается почти верно.
Наука вообще любит «идеальных героев», своего рода «рыцарей без страха и упрека». Но, как известно, нет героев — ни в жизни, ни в хорошей литературе — без недостатков. Реальные предметы не совпадают полностью по своим свойствам ни с моделью Ньютона, ни с моделью Гука. И хорошо, что не совпадают.
Будь права ньютоновская механика, признавшая все тела идеально жесткими, мы жили бы в удивительном мире. Здесь нельзя было бы забить гвоздь, срубить дерево, разорвать лист бумаги. Ведь согласно этому представлению при взаимодействии двух твердых тел могли измениться скорость и направление движения каждого из них, но не они сами.
По Гуку же выходило, что все тела меняют при воздействии на них свою форму строго пропорционально силе воздействия. А как только оно прекратится, немедленно возвращаются к прежней форме, не сохраняя никаких следов недавних изменений. Выходит так, словно эталон для всех тел на свете — каучуковый мячик, которым пользуются спортсмены для тренировки кисти руки.