Универсальный справочник 8 страница

Образование устойчивых молекул (весьма важный элемент в иерархии упорядоченности) возможно в том случае, когда полная энергия системы атомов понижается, т.е. энергия молекулы меньше, чем суммарная энергия атомов, входящих в состав молекулы. Химические реакции, т.е. процессы, при которых одно вещество превращается в другое, - это не что иное, как более сложная форма процесса охлаждения.

Точно таким же способом (в принципе, а не в деталях) мы. живые существа, являясь диссипативными структурами, в результате своей жизнедеятельности производим определённые деструктивные изменения в других частях Вселенной, создавая при этом упорядоченные структуры. Чтобы жить, мы должны «диссипировать» (рассеивать энергию), поддерживая быстро преходящее неравновесное состояние; образно говоря, полное равновесие равнозначно смерти. Жизнь продолжается до тех пор, пока способность наших бренных тел к восприятию внешних воздействий не снижается настолько, что мы уже не в состоянии поддерживать эффективно действующую связь с окружающими нас процессами диссипации; тогда мы скатываемся к равновесию и умираем. Мы - дети хаоса, и глубоко в основе каждого изменения скрыт распад. Складывается впечатление, что изначально существует только процесс рассеяния, деградации; всё захлёстывают волны хаоса, не имеющего причин и объяснений. В этом процессе есть только непрерывное движение к непонятой цели, хотя и в этом движении возможны различные направления, выбор которых, как может показаться, диктуется случаем.

Естественные процессы - это всегда процессы, сопровождающие диссипацию энергии. Отсюда становится понятным, почему горячий объект охлаждается до температуры окружающей среды, почему упорядоченное движение уступает место неупорядоченному и, в частности, почему механическое движение вследствие трения полностью переходит в тепловое. Иными словами, любые проявления асимметрии так или иначе сводятся к рассеянию энергии. И в физике, и в химии фактором, вызывающим естественные изменения, является случайное, бесцельное, ненаправленное рассеяние энергии.

Противоестественное может возникнуть в ходе естественных процессов. Если мы сумеем осуществить один процесс за другим, то, скажем, первый из них может быть созидательным, приводя к локальному понижению энтропии (именно это происходит, к примеру, при охлаждении объекта до температуры более низкой, чем в окружающем пространстве). Однако одновременно где-либо должен происходить другой процесс (непрерывно связанный с первым), в ходе которого возникает, по крайней мере, такое количество энтропии, чем компенсируется её' уменьшение. Наличие связи между двумя процессами может привести к тому, что один из них пойдёт в противоестественном направлении, если только в ходе другого процесса создаётся достаточная степень беспорядка - так, чтобы суммарный хаос в мире при этом возрастал. Если хоть где-нибудь мы вмешиваемся и что-то меняем в естественном ходе событий в одном месте, мы должны «заплатить» за это - в другом! Как правило, в большем размере.

Поясним это на простом примере. Видимо найдутся люди, которые не сомневаются в том, что если летом, в жаркую погоду, в комнате водрузить холодильник, то в комнате станет прохладнее. Нет, не станет. Станет жарче. Внутри холодильника температура действительно станет ниже комнатной, а вот на радиаторе, за холодильником, станет выше. Понять это нетрудно, потому что мы постоянно имеем дело с теплом и температурой. А вот с энтропией вроде нет. Энтропия - более абстрактное понятие. Ведёт себя энтропия иначе: уменьшается, когда мы уходим от равновесия и увеличивается, когда мы «скатываемся» к равновесию (к хаосу). Энтропия - мера хаоса, беспорядка, тесно связанная с направлением течения тепла и температурой, а следовательно, с энергией. А если точнее, то с качеством энергии. Где-то на электростанции мы сожгли топливо и тем самым значительно увеличили хаос для того, чтобы в холодильнике незначительно исправить положение, подняться над хаосом на несколько градусов. Пусть Вас не смущает, что температура при этом уменьшается, здесь не важно, в какую сторону от равновесия мы уходим. И в том и в другом случае, при удалении от равновесия, энтропия уменьшается. Тепловое равновесие соответствует максимуму энтропии. Состояние равновесия Вселенной и есть её" наиболее вероятное состояние.

Локальные уменьшения хаоса воспринимаются как появление определенной структуры, но неизменно сопровождаются соответствующим увеличением хаоса где-либо в другом месте. В процессе перехода к хаосу могут происходить превращения различных веществ и даже возникнуть организмы. Оказалось, что бесцельный поток энергии способен созидать жизнь и сознание. Именно здесь открывается истинная роль хаоса. Он перестаёт быть орудием слепого и бесцельного рассеяния энергии, проявляя себя как созидательное начало, обусловливающее зарождение самого человеческого сознания, о чём мы будем подробнее говорить позднее. Здесь мы подчеркнём лишь тот факт, что, как ни удивительно, осмысление всего этого началось только с появления идеи парового двигателя.

Обычная термодинамика занимается закрытыми системами, где ни вещество, ни энергия не «просачиваются» ни в систему, ни из неё. Живой организм представляет собой открытую систему, в которой вещество в виде пищи, питья, воздуха усваивается извне, а «отходы» в своё время выводятся из системы.

Диссипативные структуры - структуры, образующиеся в результате рассеяния (диссипации) энергии. К ним относятся некоторые недолговечные структуры, которые распадаются, как только прекращается поток энергии или вещества. Часть из них являются по своей природе физическими, другие - биологическими; все они возникают из хаоса - «праха» и вновь обращаются в «прах». Одной из первых описанных структур подобного вида была ячеистая структура, образующаяся в жидкости при наличии конвекции между двумя горизонтальными плоскостями, нижняя из которых нагрета сильнее, чем верхняя. Когда разность температур становится достаточно большой, возникает неустойчивость Бенуа, и жидкость обнаруживает структуру. Структура поддерживается благодаря достаточному потоку энергии, и когда он прекращается, структура сразу же распадается. Морозные узоры на стекле - естественный результат, по существу, тех же процессов. Выскажем крамольную мысль о том, что, возможно, и загадочное действие сквозняка имеет в основе своей тот же эффект.

Диссипативные структуры встречаются в химии. Образование таких структур обусловлено тем, что некоторые химические реакции приводят к периодическим изменениям концентраций реагирующих веществ, причем эти изменения могут происходить как во времени, так и в пространстве. При изменении во времени одно вещество сменяется другим, потом вновь восстанавливается, но лишь затем, чтобы в очередной раз исчезнуть. Подобные процессы по существу лежат в основе явления жизни, их называют автоколебательными процессами. Химические реакции такого типа впервые обнаружены Белоусовым и Жа-ботинским. К реакциям, обладающим периодичностью в пространстве, относят возникновение клеточной структуры тела (называемое в биологии морфогенезом). Биение сердца является периодическим во времени процессом, который поддерживается целым комплексом осциллирующих химических реакций.

Вывод таков, что последовательность отдельных процессов, в каждом из которых энтропия лишь уменьшается (в то время как хаос во Вселенной увеличивается), может приводить к возникновению структур высокой степени сложности. В этом случае мы не должны делать вывод о том, что этот объект является воплощением целенаправленного замысла. Он мог возникнуть естественно в результате последовательности процессов, каждый из которых сам по себе не преследует никакой конкретной цели, а протекает в естественном направлении по мере того как Вселенная погружается в хаос.

Такие атрибуты Вселенной, как сложность, устойчивость и кажущаяся целенаправленность, - суть проявления феноменов, управляемых не слишком жёсткой системой правил (законов). Следствием таких процессов могут быть столь сложные явления, как жизнь и сознание. В мире нет ничего более удивительного, чем сознание и разум человека; тем более вызывает удивление то, что, как может оказаться, в своей основе они обусловлены весьма простыми явлениями.

В живых системах мы имеем дело с упорядоченностью более высокого порядка. Понятие упорядоченности как некоего скоррели-рованного движения атомов не отражает в полной мере суть процесса организации живой материи. Это не просто упорядоченность как статистический паттерн, а паттерн организации (структура и процесс), воплощение сложной функции, аргументами которой являются фундаментальные законы природы. Не только воплощение наследуемого замысла в виде термодинамически обособленной системы в состоянии, далёком от равновесия, но и развитие, и совершенствование её в прогрессивном направлении. Короче говоря, это и есть истинное сознание.

Сознание живой системы берет начало с реализации первого устойчивого биохимического цикла (петли) с обратной связью, самоограниченного, самосохраияюшегося и самовозобновляющегося. Сознание организует развитие и поддерживает существование субклеточных структур, клеток, органов, организмов, видов и т.д. (подробнее об этом в гл. 23). Живой организм - многоуровневая термодинамическая система - порядок, рождённый из хаоса и существующий среди хаоса.

«Всё' во Вселенной обладает сознанием, - утверждает Тайная доктрина. - Вселенная вырабатывается и устремлена изнутри наружу»⁵. «Всё действительное - разумно, всё разумное - действительно», - так говорил Гегель.

Удивительная симметрия

Среди мудрейших и удивительнейших вещей в физике симметрия основных законов - одна из самых интересных и красивых загадок. Симметрия импонирует нашему складу ума; каждому доставляет удовольствие любоваться предметом, который в каком-то смысле симметричен. В этом видится некая осмысленность, выделяющая предмет из мира хаоса, Но самая удивительная симметрия - это симметрия фундаментальных законов, которые управляют всеми процессами физического мира.

Наши наблюдения показывают, что законы физики не остаются теми же при изменении масштаба. В основе зависимости явлений от размеров лежит атомная природа строения вещества. В движущейся с ускорением системе или в системе, вращающейся с постоянной угловой скоростью, законы физики будут выглядеть иначе, чем в покоящейся. И совсем нс очевидно, как потекут процессы при обращении времени.

В природе существует вполне определённая связь между законами сохранения и симметриями физических законов. В квантовой механике каждой из симметрии соответствует закон сохранения - факт, который потрясает физиков своей глубиной и красотой. Сформулируем основные положения.

• Симметрия законов физики по отношению к переносу в пространстве означает сохранение импульса.

• Неизменность (инвариантность) при повороте на фиксированный угол в пространстве соответствует сохранению момента количества движения.

• Законы симметричны при перемещении во времени - это означает в квантовой механике сохранение энергии.

• Симметрия в квантовой механике, связанная с законом сохранения электрического заряда. Она менее доступна пониманию. Но мы упомянем и о ней: физические законы не изменяются от того, что мы сдвигаем фазу волновой функции на некоторую произвольную постоянную. Это удивительнейшая вещь.

• Следующая симметрия - это симметрия при отражении в пространстве, на которой мы остановимся более подробно.

Проблема заключается в следующем: симметричны ли физические законы при отражении, т.е. в зеркальном отображении? Если симметричны, то это означает, что, заменив в любом устройстве «правое» на «левое», а всё остальное оставив без изменения, мы никакой разницы не обнаружим. И если отбросить усвоенную с детства условность, что «правое» - это всё то, что располагается в сторону правой руки, тогда никакими физическими явлениями невозможно различить, где «правое», а где «левое», точно так же, как, скажем, никаким физическим опытом невозможно установить абсолютную скорость движения. Это означало бы, что «правое» это лишь противоположность «левого» (и наоборот), и никакими опытами отличить их, по сути, невозможно.

Никого не удивляет наличие «левого» и «правого» в повседневной жизни. Перчатку с правой руки нельзя надеть па левую руку; гайку с левой резьбой нельзя навернуть на болт с правой резьбой и т.п. Любопытно то, что нечто подобное наблюдается на молекулярном уровне и, что особенно интересно, в живой материи.

Существует физическое явление вращения плоскости поляризации плоско поляризованного света в оптически активных средах (эффект Фарадея). Такими средами могут быть кристаллы, в т.ч. и органические. Раствор сахара поворачивает плоскость поляризации света направо. Но сахар, заметьте, продукт живой природы. Если мы тот же эксперимент проведём с искусственным сахаром, то обнаружим, что раствор искусственного сахара плоскость поляризации света не поворачивает. А дальше начинаются чудеса. Если в этот же раствор с искусственным сахаром напустить бактерий и подождать, пока они съедят столько, сколько хотят (а это окажется почти половина первоначального количества сахара), а затем отфильтровать их, то обнаружим, что тот сахар, который остался, поворачивает плоскость поляризации, но теперь уже в другую сторону - налево! Этот факт кажется обескураживающим, однако его можно легко объяснить. И разобраться в этом поможет другой пример.

Белки (протеины) - вещества, общие для всех живых существ, основа жизни. Состоят они из различных комбинаций молекул аминокислот. Всего аминокислот в живой природе насчитывается чуть более 20. Так вот, все молекулы аминокислот, выделенные из белка живых существ, вращают плоскость поляризации света только влево, в связи с чем получают приставку 1-. Однако если мы попытаемся создать аминокислоты искусственно (что вполне осуществимо), то получим молекулы, которые плоскость поляризации не вращают. Объясняется это просто: при синтезе получились молекулы не только идентичные молекулам, которые производит живая природа, т.е. Ь-молскулы, но и другие, которые одинаковы с ними во всех отношениях, кроме того, что являются их зеркальным отражением, т.е. О-молекулы. причём в равных количествах. А вот они как раз и вращают плоскость поляризации в противоположную сторону, и в результате плоскость поляризации образца в целом не поворачивается.

Этот «левый» белковый мир

Жизнь, что удивительно, использует только Ь-аминокнслоты. Бактерии - не исключение, они усваиваю!' только Ь-молекулы сахара. Теперь Вам понятно, что в примере с сахаром бактерии съели именно Ь-молекулы и оставили О-молекулы, которые и повернули плоскость поляризации света налево. (Исключения в природе бывают, но крайне редко.)

Итак, похоже, что явления жизни позволяют отличить «правую» сторону от «левой», поскольку две молекулы химически отличны одна от другой? Нет, не могут. Квантовая механика (уравнение Шрёдингера) не видит разницы между этими двумя молекулами и говорит, что они должны вести себя в природе одинаковым образом. И тем не менее в природе в этом отношении всё устроено только одним способом.

Можно, конечно, всё это отнести на счёт естественного отбора. В этом случае рассуждают примерно так. Если жизнь - полностью физико-химическое явление, то факт «закрученности» всех белков только в одном направлении можно понять только с той точки зрения, что с самого начала совершенно случайно победил какой-то один (из двух) сорт молекул. Небольшой перекос в количестве одних молекул привёл к тому, что весь «белковый мир» стал «левым». В любом случае этот факт подтверждает то, что рассматриваемые явления говорят нам не об отсутствии симметрии физических законов, а, наоборот, об универсальности природы и общности начала всех живых созданий на Земле

в описанном выше смысле. У нас имеется иная точка зрения на эту проблему, но об этом мы поговорим позднее.

На этом можно было бы и остановиться, но тогда картина оказалась бы неполной. Придётся сделать несколько шагов в субатомный мир. Законы тяготения, законы электричества и магнетизма, законы ядерных сил - всё подчиняется принципу симметрии при отражении. Закон сохранения, соответствующий принципу симметрии при отражении, не имеет аналога в классической физике, и этот специфический закон сохранения в квантовой механике был назван законом сохранения чётности.

И всё-таки на сегодняшний день вопрос о полной симметрии физических законов мира остаётся открытым. Основанием для этого послужили наблюдения в субатомном мире. «Осечка» произошла при тщательном изучении процессов бета-распада, относящихся к слабым взаимодействиям. Удивительное открытие физиков (Ли, Янга и Ву) состояло в следующем. Радиоактивные атомы кобальта, помещённые в сильное магнитное поле, которое выстраивает их в одном направлении, например вверх, испускают при бета-распаде электроны преимущественно, скажем, вниз. Если бы мы отразили этот опыт в зеркале, направление вылета электронов изменилось бы на противоположное, и симметрия исчезла. Последствия этого открытия серьёзные - обнаружено отсутствие зеркальной симметрии. Теперь мы знаем, что южный полюс магнита - это тот, от которого летят «бета-распадные» электроны. Таким образом, стало возможным отличить северный полюс от южного, следовательно, и «правое» от «левого».

Следующей задачей было нахождение правила нарушения закона сохранения чётности. Оно оказалось следующим: нарушение происходит только в очень медленных реакциях, названных слабыми, и если уж оно произошло, то частицы, уносящие спин (момент количества движения), такие как электрон иди нейтрино, вылетают, преимущественно вращаясь налево. Это как бы «правило переноса», оно связывает вектор скорости и вектор момента количества движения и говорит, что моменту количества движения присуще направление против вектора скорости, нежели по нему. Почему справедливо именно это правило, в чём его фундаментальная причина? Сам факт несимметрии мира сильно повлиял на ход мыслей многих учёных. Тем не менее проблема эта интересная и, увы, до сих пор не решённая. Как могло случиться, что природа почти симметрична, а не абсолютно симметрична? По этому вопросу ни у кого нет никакой разумной мысли. Дерзайте!

Примечания к гл. 7:

/. Основными единицами международной системы (СИ) являются: килограмм (к!), метр (м). секунда (с) и ампер (Л), из которых могут быть понучеиы производные единицы для всех физических величин.

2. Сила измеряется в ньютонах (Н). Сила в 1 Н сообщает массе в 1 кг скорость 1 м/с. Формально I Н = I кг-м/с². (Яблоко на ветке массой 100 г испытывает силу притяжения к Земле, равную примерно 1 Н; сила, которую мы испытываем, удерживая книгу массой примерно 500 г, составляет' около 5 Н).

/Иногда используется старая единица силы - дина (1 дин = 10 ³ Н)/

3. Энергия измеряется в джоулях (Дж) или килоджоулях (1 кДж = 1000 Дж). Энергия, равная 1 Дж, тратится при перемещении тела на Н м, если для этого приходится прилагать силу в 1 Н. Формально 1 Дж = 1 Н м - 1 кг-м7с^г. (Чтобы поднять книгу на 1 м, надо затратить около 5 Дж энергии; при каждом ударе человеческого сердца затрачивается энергия около I Дж; энергия, потребляемая при нагревании I л воды от комнатной температурь! до точки кипения, составляет примерно 19 кДж.)

/Кроме того, энергия может выражаться в эргах (1 эрт= 10"⁷ Дж), калориях (1 калория (кал) = 4,184 Дж) и электронвольтах {1 эВ = 1,602 ■ 10"¹⁰ Дж)/

Мощность выражается в ваттах (Вт), киловаттах (1 кВт = 1000 Вт) и мегаваттах (1 МВт = 10⁶ Вт). Источник мощностью 1 Вт вырабатывает энергию со скоростью 1 Дж/с. Формально I Вт = 1 Дж/с (ЮО-ватшая электрическая лам-мичка мофебляст энергию со скоростью 100 Дж/с; человеческое тело при нормальной деятельности потребляет мощность 100 Вт, причём существенная её часть идёт на обеспечение работы мозга; Солнце излучает энергию мощностью 70 МВт в расчёте на 1 м² своей поверхности; на земном экваторе средний годовой ноток солнечной энергии составляет около 1,4 кВт/м").

/Старая единица мощности - лошадиная сила (1 л. е. = 0,746 кВт)/

4. Температура выражается в кельнинал (К). Величина кельвина совпадает с величиной градуса Цельсия (одна сотая шкалы Цельсия), так что точки замерзания и кипения воды отличаются друг от друга на 100 К. На шкале Кельвина точка замерзания воды (0 °С) соответствует 273,15 К. Для перевода температур из шкал Цельсия в шкалу Кельвина можно использовать соотношение: Т (в градусах Кельвина) = 273,15 +1 °С (температура в градусах 1 Цельсия).

/Реже для измерения температуры используются шкапа Фаренгейта (t Т) и шкала Ранкииа (С °R)/

5. Блаватскаи, Е.П. Тайная доктрина. - СПб.: Кристалл, 1998. ГЛ. С. 330.

Глава 8

Теория Великого объединения

Всего четыре взаимодействия

ногообразие процессов, протекающих в физическом мире, сводится, на удивление, всего к четырем видам взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, слабому и сильному ядерным взаимодействиям. В мироздании указанные взаимодействия проявляются как следствие его внутренних свойств, запасённой энергии и даже определённой структуры и конфигурации. Чтобы уяснить это, нам придётся говорить о пространстве, времени и «мерностях» - математических абстракциях, описывающих сложную картину мира.

Три координаты пространства в сочетании со временем создают некое абстрактное четырехмерное пространство-время Мин ко веко го. Путаницу в наши умы вносит, конечно, присоединение времени к трем, в общем-то, понятным координатам пространства. (Это похоже на то, как если бы нам предложили сложить метр с секундой.) Попробуем разобраться. Когда мы стоим на равнине, трудно представить себе, что наша Земля представляет собой не что иное, как плоскость, т.е. двумерное пространство, которое легко можно перенести на двухкоорди-натную (х-у)-плоскость без потери информации. Однако когда мы поднимаемся на летательном аппарате над Землёй, в космос, мы постепенно убеждаемся, что Земля имеет форму шара, т.е. трёхмерный объект, и для его представления потребуется ещё одна, г-координата. С этим вроде всё ясно. Но как быть со временем - ещё одной переменной координатой, с которой связана динамика всех процессов. Здесь всё гораздо сложнее. Объяснить это должным образом смог лишь Эйнштейн, создав общую теорию относительности. И выяснилось много интересного. В повседневной жизни мы видим, что яблоко с яблони всегда падает на Землю, и все предметы и тела, поднятые над Землёй, непременно упадут на Землю, если убрать опору или подвеску, на которой они закреплены. Удивления это у нас не вызывает, потому что мы знаем - Земля притягивает все предметы, и ответственна за это си

ла тяготения, гравитация. Траектория падения также известна, она всегда направлена к центру Земли. Но это вблизи поверхности Земли. Если тело удалять от Земли, то ситуация будет меняться: ослабевает действие Земли, усиливается действие других космических объектов, и в первую очередь Солнца, и траектория движения тела, поднятого высоко над Землёй, будет существенно иной. Эксперимент провести нам не удастся, да в этом и нет необходимости. Достаточно посмотреть, что происходит в Солнечной системе. Почему Земля и другие планеты при своем вращении вокруг Солнца не падают на Солнце?

Французский поэт Поль Валери (1871-1945) изобразил ситуацию таким образом:

«Нужно было быть Ньютоном, чтобы заметить, что падает Луна, хоть всякий видит -не падает она».

Продолжая мысль поэта, профессор Калифорнийского университета Уильям Бёрке уточнил, «что нужно было обладать гениальностью Эйнштейна, чтобы заметить, что Луна движется по «прямой», тогда как всякий видит совсем иное»¹.

Ответ следует из теории Эйнштейна. Да просто потому, что траектория движения небесных тел и есть траектория «свободного падения» в гравитационном поле, образованном системой небесных тел. «Прямая» - это энергетически наиболее выгодная, виртуальная «колея», направление которой задаёт конфигурация пространства-времени. Именно такой путь наиболее предпочтителен, потому что, как говорят, так искривлено пространство-время. И траектория движения отражает этот факт. Пространство и время оказываются связанными воедино в мировом 4-мерном континууме. Но и это, оказалось, ещё не всё.

Четырех взаимодействий, казалось бы, достаточно для построения мира, но четырехмерной картины мира недостаточно для описания всех четырёх взаимодействий. Более того, все взаимодействия, необходимые для создания сложного и разнообразного окружающего нас мира, можно, как оказалось, получить из одной силы.

Суперсила

В субатомной физике понятие «сила» в классическом понимании отсутствует: её заменяют взаимодействия между частицами, происходящими через посредство полей, т.е. каких-то других частиц. Это означает, что фундаментальное понимание природы неразрывно связано с пониманием природы всего спектра субатомных частиц. Надо учиты-

вать и то, что при рассмотрении такого процесса, исходя из релятивистской теории, частицы представляют собой не неделимые тела, а динамические паттерны с вовлечением того или иного количества энергии, которая может затем перераспределяться при образовании новых паттернов.

Итак, гравитация сделала возможным образование планет, звёзд, галактики, Вселенной.

Электромагнитные взаимодействия наблюдаются между всеми заряженными частицами. Без электромагнитного взаимодействия не было бы ни атомов, ни химии или биологии, а также солнечного света и тепла. Именно оно ответственно за все химические реакции, а также за образование всех атомных и молекулярных структур. Например, электрон удерживается вблизи атомного ядра благодаря электромагнитной силе. Энергия этой связи составляет примерно десять единиц эВ. Квантовая теория поля трактует электромагнитные взаимодействия как обмен фотонами.

Сильные ядерные взаимодействия удерживают вместе протоны и нейтроны внутри ядра. Они порождают ядерную силу - самую мощную из всех известных современной науке сил. Эта сила заключает в себе энергию, равную десяткам миллионов эВ. Без сильных ядерных взаимодействий не существовали бы ядра, а следовательно, атомы, молекулы, звёзды и Солнце.

В соответствии с кварковой моделью адроны (протоны и нейтроны) рассматриваются не как элементарные частицы, а как составные системы, построенные из трёх кварков. Когда протон «прилипает» к нейтрону или к другому протону, во взаимодействии участвуют шесть кварков, каждый из которых взаимодействует со всеми остальными. Значительная часть сил тратится на прочное склеивание трио кварков, а небольшая часть - на склеивание двух трио кварков друг с другом. Все взаимодействия между адронами совершаются путём обмена другими адронами. В обмене участвуют частицы новой разновидности -мезоны. Эти частицы во всех отношениях, кроме стабильности, напоминают электроны. Они широко распространены в природе, на их долю приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счётчиком Гейгера. Обмен тяжелыми частицами является причиной того, что сильные взаимодействия проявляются только на очень небольших расстояниях, не намного превышающих размеры самих частиц. Сильные взаимодействия падают на расстоянии от протона или нейтрона, превышающем 10"^п см, поэтому такие взаимодействия не могут сложиться в макро-

6 Зак. 3066

скопическую силу и в нашей повседневной жизни не наблюдаются. Они не могут проявляться в макроскопических телах. Сильное взаимодействие испытывают протоны и нейтроны, но не электроны. Нейтрино и фотоны также не подвластны ему.

Слабые ядерные взаимодействия проявляются при еще' более малых расстояниях между частицами - гораздо меньших, чем при сильных взаимодействиях. Они прекращаются на расстоянии, большем 10'¹⁶ см от источника, следовательно, они не могут влиять на макроскопические объекты, а ограничиваются отдельными субатомными частицами. В то же время слабые взаимодействия играют определённую роль в образовании Вселенной. Без них невозможны были бы реакции на Солнце и звёздах, вспышки сверхновых и всё разнообразие тяжелых химических элементов. Предполагается, что в случае слабых взаимодействий происходит обмен тяжелыми частицами, которые выполняют ту же роль, что и фотоны в электромагнитных взаимодействиях и мезоны в сильных ядерных. Частицы получили обозначение \\^, \У и Ъ. На этом основании и удалось создать единую теорию поля для электромагнитного и слабого взаимодействий, а затем и теорию Великого объединения (ТВО). Природные явления, происходящие на Земле, в большинстве случаев имеют низкие энергетические характеристики, вследствие чего тяжелые частицы редко образуются на Земле в естественных условиях.

В конце концов учёные пришли к выводу, что все четыре совершенно различных взаимодействия, каждое из которых по-своему необходимо для возникновения сложных структур, делающих Вселенную столь активной и интересной, порождаются единственной Суперсилой. Это ли не подтверждение великого единства, универсальности и изящества природы. Однако дошли до этого не сразу. Теория Великого объединения - огромная сумма знаний.

В 1921 году малоизвестный польский физик Теодор Калуца пришёл к выводу, что электромагнетизм является своего рода «гравитацией», но не обычной, а гравитацией в ненаблюдаемых измерениях пространства. То, что мы называем электромагнетизмом, всего лишь часть гравитационного поля, действующая в пятом, дополнительном измерении пространства, которое мы не в состоянии наглядно представить. Особенности движения электрически заряженных частиц в электрических и магнитных полях прекрасно объясняются, если предположить, что частицы пребывают в дополнительном, пятом измерении. Если принять эту точку зрения, то вообще нет никаких сил, - существует только геометрия искривлённого пространства (пятимерного), а частицы свободно «кочуют» по наделённой структурой пустоте. В окончательном варианте эта теория приобрела название теории Калу-цы - Клейна и постулирует 11-мерную Вселенную. Все силы природы, подобно гравитации, рассматриваются как проявление структуры пространства-времени. То, что мы обычно называем гравитацией, обусловлено кривизной 4-мерного пространства-времен и, тогда как остальные силы обусловлены кривизной пространства более высокой размерности. Все силы природы выступают как проявление скрытой геометрии.