Ознакомительная версия. Доступно 11 страниц из 56
невозможно.
Физика и основанные на ней технологии изменили мир до картинок фантастического фильма. Те из нас, кто хорошо помнит вторую половину XX века, согласятся с тем, что многое из теперешнего быта словно сошло со страниц научной фантастики, которая тогда переживала апогей жанра. Писатели выдумывали, предсказывали и до конца не верили… Реальность оказалась и похожей, и катастрофически иной. Большинство фантастов изображали технократические утопии. В части технократического они оказались правы. Но не в части утопии. Люди не изменились, мир не стал безопаснее. Часы Судного дня в 2015 году были в очередной раз передвинуты сразу на две минуты. Физика изменила быт, но не людей.
К чести физиков надо сказать, что главной задачей они видели отнюдь не усовершенствование быта. Бытовые приборы – приятное дополнение, но основной целью была попытка понять структуру материи и природу реальности. Что ж, физика достигла поразительно многого, но потерпела фиаско в главном – в создании единой непротиворечивой теории Вселенной. Главным итогом стало печальное понимание того, что, сделав невообразимый рывок, превышающий даже самые смелые планы, мы оказались перед более длинным путем, чем представлялось в начале.
Изучая строение атома, физики пришли к размерам и формам, которые лежат за границами понимания. И при всех успехах сегодня для того, чтобы понять, из чего состоит атом, используются приборы и эксперименты, которые лишь косвенно могут ответить на вопрос.
Еще со времен Демокрита физики пыталась обнаружить объективную базовую единицу материи. Сам Демокрит считал, что материя в конечном счете сводится к мельчайшим неделимым частицам – атомам. В чем-то он оказался прав, но в главном – не более, чем те, кто считал, что основа всего – огонь, вода или эфир. После тысячелетних попыток найти ответ на вопрос, как же устроена материя, сегодня ответ звучит так: материи нет (в том смысле, что нет объективной базовой составляющей). Другие версии ответа: мы не знаем и неизвестно, когда сможем узнать. Или: мы не знаем, потому что это невозможно познать. Этот шокирующий ответ проходил эволюцию разочарований. Но, как всегда бывает, в начале пути случился окрыляющий успех – открытие атома!
Физики были уверены, что они вплотную приблизились к разгадке в 1911 году, когда Резерфорд предложил планетарную модель атома. Обнаружилось, что нет единого атома. То есть нет единой составляющей – вещества состоят из разных атомов, значит, нужно искать базовую составляющую внутри атома! Они с воодушевлением попытались выяснить, что же собой представляет кирпичик материи, но вскоре оказалось, что это не кирпичик, а подвижная система, состоящая по большей части из пространства. Еще позже выяснилось, что вещества в материи практически нет (99,999999999999 % атома – пустое пространство, при этом мы точно не знаем, что собой представляют оставшиеся 0,1*** процента) – размер ядер столь мал, что если бы не электрические поля, с большой вероятностью можно было бы пройти сквозь стену, не нарушив атомарной структуры.
Позднее выяснилось, что электрон – частица, которая формирует основное пространство атома, – нематериален. Это отрицательный заряд, распределенный на ступенчатых орбиталях вокруг ядра, – электронное облако, и хотя это облако, оно ведет себя как частица: может сдвигаться ближе или дальше к ядру только ступенчато. Оказалось, что частицы – одновременно и вещество, и невещество, то есть волна.
Используя привычную логику и всю предыдущую информацию, собранную человечеством за долгую историю, невозможно понять, как электрон может быть одновременно материальным и бестелесным, как он может быть частицей и волной. Это можно озвучить, но не понять. Он находится одновременно в любой точке той волны, которой является. То есть вся волна образуется не многими частицами, а единственной. Это не означает, что электрон может находиться в любой точке, как мы привыкли считать, а он реально находится во всех точках той волны, которой является. У этой волны есть пик (там, где ее энергия выше) и спад.
Волна определяется разным уровнем энергии в каждой своей точке. Как же может существовать волна из одной частицы? Пики и спады волны являются не распределением материи, а вероятностью нахождения в этой точке. То есть электрон одновременно находится везде, но как только мы пытаемся его измерить, в пике волны вероятность его обнаружения становится выше. Измеряя электрон, мы фиксируем его, убираем возможность его пребывания в других точках. Вам это понятно? Мне – нет!
Для исследования материи мы применяем приборы, которые показывают только последствия наших действий, но не наблюдение за материей. Для того чтобы экспериментировать с атомарными частицами, их необходимо разделить. Для этого с потреблением колоссальной энергии ученые разгоняют отдельные частицы и выстреливают ими в другие, а потом смотрят на то, что отразилось на экране. Грубо говоря, чтобы исследовать частицы, мы стреляем материей в материю и исследуем отпечатки осколков, которые из нее вылетают. Наши возможности исследовать материю ограничены приборами макроуровня, которые, исследуя микроуровень, вносят в это исследование необъяснимые эффекты.
Последний бастион вещества – ядро. Несмотря на свою малость, оно оставалось последние надеждой для поиска вещественного носителя материи. Но оказалось, что ядра состоят из более мелких частиц странной природы, которые также сложно назвать твердыми и вещественными. Частицы ядра состоят из еще более мелких частиц – кварков, представляющих собой нечто, создающее иллюзию твердой частицы, но подвижное, изменчивое и могущее аннигилировать.
Исследование мира микрочастиц породило массу немыслимых парадоксов. Пока мы исследуем частицу как волну, то не можем сказать, где конкретно она находится – ее как бы нет. Но как только мы получаем информацию о ее координатах – она тут же появляется. Получается, что информация создает частицу. Античастицы, сталкиваясь, превращаются в фотоны – то есть вещество исчезает, превращается в свет, энергию. Фотоны, обладающие достаточной энергией, превращаются в частицы, которые состоят совершенно из другой субстанции, чем фотоны, – то есть между ними нет преемственности на материальном уровне. Сталкиваясь, частицы порождают новые, ядро атома расщепляется на части, массы которых при сложении меньше, чем масса исходного ядра, – для человека, привыкшего к классической картине мира, это немыслимо. Перечисленное – только малая часть невообразимых загадок, ставящих на голову привычные понятия.
На этом уровне еще оставалась надежда, что частицы дуальны – ведут себя, как вещество и волна одновременно. Позже оказалось, что это необъективный показатель, потому что будет ли частица волной или веществом, зависит от того, наблюдают за ней или нет.
Также обнаружился квантовый эффект Зенона – изменение состояния квантовой системы замедляется в зависимости от частоты измерений. То есть наблюдатель может влиять на свойства материи, на свойство того, что мы воспринимали как объективную материю, на то, что мы
Ознакомительная версия. Доступно 11 страниц из 56
