В данной статье я попытаюсь понять, что такое элементарная частица, как ее представляет классическая наука. Данные я буду черпать из вот этой книги:
Как видите книга не развлекательная мелодрама, а классический учебник. Ее одобрил ученый совет университета, состоящий из 30 членов, под председательством ректора Московского университета В.А. Садовничего. И страниц в книге 586, что тоже не мало, и можно в них рассказать много чего интересного. Как пишет в предисловии В.А. Садовничий:
“Вы открыли одну из замечательных книг, изданных в серии “Классический университетский учебник”, посвященной 250-летию Московского университета”.
Проникнитесь благоговейным трепетом.
И так, что же мы находим в данной книге?
Глава 1. Элементарные частицы.
В параграфе 1 сразу же читаем:
“Вопрос о том, как устроен этот мир, был основным вопросом физики на протяжении всей истории человечества. … Огромной заслугой древних мыслителей явилась его конструктивная формулировка. Именно, среди его множества граней они вычленили основополагающую проблему – проблему конечной и бесконечной делимости материи. По этому кардинальному вопросу древние мыслители … разделились на два лагеря. Одни считали, что мир является бесконечно делимым. … В рамках второго течения мысли считалось, что в процессе деления материи мы неизбежно достигнем предела, дальше которого деление становится невозможным. Эти конечные кирпичики материи были названы Демокритом атомами. В настоящее время мы знаем, что в конечном счете прав оказался Демокрит”. (Стр. 8-9)
Приехали. Не знаю, застал ли кто, из высказывающих эту мысль, советскую школу или нет, но достоинства этой школы очевидны. Она хоть и считала народ баранами, но гнала его в научном направлении туда, куда надо. У нее был реальный хлыст – диалектический материализм. А теперь хоть народ так и остался бараном, но увидел новые ворота и встал. Куда идти? Диалектический хлыст исчез и вместо его появился золотой телец, а это уже не так страшно. Можно выбирать – входить или не входить в новые ворота. Под диалектическим хлыстом в огонь прыгнешь, не то что в новые ворота.
И вот еще что интересно. Никто из 31 членов совета так и не понял Демокрита до конца. Вряд ли Демокрит предполагал разнообразное множество атомов. Наверняка сейчас бы говорили, что Демокрит предполагал, что земля состоит из таких-то атомов, вода из таких, огонь из таких и тому подобное. Но об этом почему-то не вспоминают. Этот недосмотр Демокрита и восполняют современные ученые. Сколько хотите, столько и откроем этих кирпичиков, то есть элементарных частиц. Прямо Попандопуло: бери денег сколько хочешь, я себе еще напечатаю. Давайте посмотрим какие же элементарные (неделимые) частицы знает современная наука.
Параграф 2. Квант.
Ну это по определению неделимая частица. Меньше чем квант этого вещества или материи, как угодно, быть не может. Понятие кванта энергии в обиход ввел Макс Планк:
“Планк моделировал вещество как совокупность гармонических осцилляторов различной частоты ν. Предположив, что излучение происходит не непрерывно, а порциями – квантами с энергией hv. (Стр. 10).
Такая вроде мудрая мысль. Что это за вещество такое? Планк наблюдал излучение обычной сажи, которой была выкрашена внутренняя стенка полого шара или ящика. А сажа - это что? Да обычный углерод. Причем углерод россыпью, он даже кристаллической решетки не образует. И что там колеблется? Весь атом трясется или только его части? Я это к тому, что не следует бояться таких мудрых выражений, как гармонический осциллятор или квант с энергией. В этом сам автор кванта не полностью разобрался до конца. От частоты энергия кванта не может зависеть. Любой умформер это покажет.
Затем последовали еще более экстравагантные мысли по поводу квантов.
“Согласно идеям Эйнштейна, электромагнитное излучение состоит из квантов, названных позднее фотонами”. (Стр. 11).
Знак тождества между квантом и фотоном поставлен. Мы получили множество квантов или фотонов: E=hv. И что это? Элементарные бесструктурные частицы или нет? Или самый маленький из них фундаментальный, а остальные не очень фундаментальные? Стыдно об этом говорить? Но ведь не стесняемся же написать:
“Так впервые в физике появилась новая фундаментальная константа – h, постоянная Планка”. (Стр. 10).
Не зря ученые упорно не называют квант фундаментальной частицей, мол думайте, как хотите. Не выбросишь же из физики эффект Комптона.
Параграф 3. Эффект Комптона.
Этот эффект, упругое рассеяние фотона на электроне, и показал, что фотон не монолит, не бесструктурен. Он может что-то терять или приобретать. Может отдавать часть себя электрону, с которым столкнулся. Ну о какой бесструктурности может идти речь, если фотон состоит из фотона другой энергии и довеска энергии, передаваемой электрону, что и показывает эффект Комптона. Но и это еще не все.
Параграф 4. Корпускулярно-волновой дуализм.
Вот на какой платформе стоит корпускулярно-волновой дуализм:
“Согласно этой гипотезе не только фотоны, но и любые другие частицы материи на ряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами”. (Стр. 14).
Как видите частицы одновременно, на ряду, обладают и свойствами корпускулы, и свойствами волны. Параллельно, не зависимо от условий. А что такое волна? Для волны нужна среда. Эта среда и есть содержание волны. Среда же учеными представляется так:
“… математическое представление о “сплошной среде” – непрерывном пространстве – строится как предельное множество “атомов” – точек, не имеющих собственных размеров”. (Стр. 9).
Спрашивается, предельное множество точек – это структура или нет? Куча песка обладает структурой? Похоже обладает. А чем хуже структура из точек? Тоже структура. Так что и в этом случае есть дуализм. Частица одновременно и бесструктурное образование, и одновременно обладает структурой.
Но еще что интересно в приведенной цитате, так это то, что эти точки не имеют размеров, то есть их размеры нуль. А та же математика утверждает, что сколько не складывай нуль с нулем все равно получишь нуль. В данном же случае нам посчастливилось получить целую сплошную среду, суммируя ничего с ничего. Вот что значит великая наука.
Параграф 8. Спин.
Откуда появилось это понятие, с чем оно связано.
“В 1897 г. Дж. Дж. Томсон, изучая свойства электрического тока в газах, показал, что электрический ток представляет собой поток очень легких отрицательно заряженных частиц, которые отклонялись под действием электрического поля. Масса этих частиц была определена как 1/1840 часть массы атома водорода. Эти легкие отрицательно заряженные частицы были названы электронами”. (Стр. 23).
Ученые догадались, что электроны входят в состав атома. Обнаружили, что атомы излучают фотоны, что привело к догадке того, что излучение происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую. В то время еще не было шедевра мысли Шредингера, что электрон находится на орбитали с такой-то вероятностью и при переходе с одной вероятности в другую вероятность, он излучал бы черт те что, в то время, как приборы фиксировали четкие линии. Ученые думали дальше.
“Предполагалось, что электрон можно рассматривать как классический вращающийся волчок, обладающий моментом количества движения – спином (от англ. spin - вращаться) и величина спина связывалась с характером такого вращения. На самом деле, как выяснилось позже, спин имеет квантовую природу и не связан с какими-либо перемещениями частицы в пространстве”. (Стр. 24).
Вот Вы, уважаемый читатель, читаете эту цитату и как понимаете выражение “квантовую природу”? Наверное, пытаетесь как-то осмыслить квантовую механику, какие-то ее законы, хотя понимаете, что в квантовой механике нет логики, она не подчиняется здравому смыслу, в том виде, в каком ее представляют современные ученые. Действительно это выражение не имеет никакого отношения ни к логике, ни к физике. Вы видите, что авторы книги запретили какие-либо перемещения в пространстве. Это выражение относится к чисто математическим понятиям. Математика может работать, если частица только символ без какого-либо наполнения. Математики даже гордятся этим, мол формула универсальна. В нее можно подставлять все физическое и она опишет, что будет происходить с этим объектом. Но не тут, то было. Если в эти “всеобъемлющие” математические формулы подставить физические параметры объекта, то все формулы удивительным образом расползаются и всегда получается чепуха. Несомненно, что электрон – это сложное образование. Чтобы описать электрон надо знать его массу, распределение этой массы по электрону, скорости движения составляющих электрон, расположение его относительно внешних полей и возможно еще кое-что. А это гроб для математики.
Ведь математика так и не показала – почему электрон не падает на ядро. Она показала, что он должен упасть, а почему не падает не показала. Просто Бор сказал, что в атоме есть орбиты, на которых электрон не излучает и поэтому не падает. Вот и вся математика. А какие уж тут орбиты, если другой гений в виде Шредингера, показал, что электрон движется по орбитали, то есть находится не известно где.
Больше ничего интересного об электроне в этой главе не сказано. Рассказ о нем помещен в раздел “элементарные частицы”, но на том, что электрон является элементарной частицей, авторы не акцентируют. По всей видимости чувствуют пикантность ситуации – скажешь, что электрон элементарен, а потом он окажется со сложной структурой, как потом смотреть в глаза студенту, которого обучал по своим лекалам?
А что нам может рассказать позитрон?
Параграф 9. Позитрон. Взаимные превращения частиц.
В этом параграфе авторы книги напоминают, что позитрон описал своим уравнением Дирак в 1928 году. О том, что:
“Позитрон был первой обнаруженной частицей из целого класса частиц, которые были названы античастицы”. (Стр. 25).
И это действительно важно. Античастицы существуют в природе, причем для каждой отрицательной частицы существует положительная частица.
Здесь же приведена фотография следа позитрона в камере Вильсона, с его расшифровкой.
“Наблюдение позитрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек посредине, слой вещества, в котором позитрон теряет часть энергии и по выходе из которого двигается с меньшей скоростью. Поэтому трек искривлен сильнее.”. (Стр. 25).
Дальше рассказывается об аннигиляции электрона и позитрона и о том, что был обнаружен обратный аннигиляции процесс: процесс рождения пары частиц – электрона и позитрона. И вот что из этого последовало:
“Процессы аннигиляции и рождения пар частиц заставили по-новому осмыслить, что же такое элементарная частица. Элементарная частица перестала быть неизменным “кирпичиком” в строении материи”. (Стр. 25).
Вот и получили доказательство того, что электрон и позитрон обладают какой-то внутренней структурой и не являются элементарными частицами в таком понимании.
Но это было видно и на фотографии. Раз позитрон как-то изменился после пролета через определенную толщу какого-то вещества, то это значит, что из его структуры что-то изъяли или добавили, то есть у позитрона есть структура. Теперь осталось только отыскать эту структуру.
Но наука не отказалась от поиска бесструктурных объектов. Об этом пойдет речь в следующей статье.