Не понимать что-то можно по-разному. Собственно, двумя способами. Можно не понимать, потому что не хотеть. Такого рода непонимание порождает вопросы, кажущиеся задающему их «каверзными», окружающим же – глупыми. Отвечать на такого рода вопросы бессмысленно… Но можно не понимать, но хотеть. И тогда вопросы получаются правильными.
И вот после публикации о процессах протекающих в недрах Солнца, одним из читателей были заданы правильные вопросы. Возникли они при взгляде на схему реакций водород-гелиевого цикла.
Легко заметить, что на первом этапе из двух протонов получаются протон, нейтрон, позитрон и нейтрино. Но уже один только нейтрон массивнее протона – 940 против 938 МэВ. Плюс ещё позитрон (0.5 МэВ), плюс нейтрино, которое тоже какую-то массу имеет. Соответственно, возникает вопрос, как выходит тут с принципом сохранения? Откуда лишние 2.5 МэВ взялись? И второй, – связанный. Где на схеме энергия, которой в термоядерных реакциях, будто бы, выделяется уйма? Отлетающий в одной из реакций гамма-квант – это «энергия»?
Нет. Фотон – тоже масса. Которой в описанных на схеме процессах не становится ни больше, ни меньше. И не может – принцип же. Сохранения.
Причиной непонимания является то, что в описанных на схеме процессах арифметика работает очень по-своему. Никакой «энергии» в комбинациях цветных шариков нет. Только масса, – ядерная физика энергию и массу не различает. E=mc^2, где c– константа… Принимаем c=1, получаем тождество и незачем огород городить… Оперировать, таким образом, можно лишь сущностью «масса»… И не в одном случае масса шарика не будет равна «табличному» значению.
Дело в том, что 938 МэВ это масса покоя протона. Некоторым образом, «неснижаемый остаток», – сам по себе протон может иметь полную массу от бесконечности (если его разогнать до скорости света), до 938 МэВ – минимум. Масса же фотона, – хоть он и «безмассовый» (не имеет массы покоя), может варьироваться от бесконечности до нуля. Хотя, в последнем случае, конечно, фотона просто не будет, – масса мера физического бытия. Но любая большая нуля величина – годится. Причём, это будет самая настоящая масса. Как «мера гравитационного взаимодействия» работает именно полная масса частицы.
...Таим образом, на схеме массы сталкивающихся протонов не 938 МэВ, а больше. Они обязательно должны быть больше, так как без релятивистской массы протон будет иметь скорость ноль и с другим протоном не сблизится. И она должна быть больше существенно, поскольку между одноимёнными зарядами действует сила отталкивания, создающая потенциальный барьер, – порог реакции. Чтобы его пробить, столкнув протоны, их надо как следует разогнать.
Разогнать, значит, «сделать более массивными». Что достигается поглощением протоном массы квантов. Фотонов.Потом, при преодолении барьера, часть этого довеска снова выделится, – в форме фотонов излучённых. Но на схеме это не показано, и к выделению термоядерной энергии отношения не имеет.
...Итак, «утяжелённые» протоны врезаются друг в друга, – нейтрино в одну сторону, позитрон в другую, один из протонов превращается в более массивный нейтрон. Причём, нейтрино – не мелочь какая-нибудь. Масса покоя данной частицы настолько мала, что толком до сих пор не измерена, но речь-то о полной массе. Позитрон, соответственно, тоже не на помойке себя нашёл. И кто оплачивает банкет, если – в общем случае, – «бонусная» масса протонов может быть полностью израсходована на этапе сближения и оба они снова по 938 МэВ?
И здесь появляется такая сущность, как дефект массы. На выходе-то у нас вовсе не протон плюс нейтрон, а новое ядро – дейтрон. Масса же покоя дейтрона – 1876 МэВ, что меньше массы протона и нейтрона. По завершении же цикла образуется альфа-частица (ядро гелия) на 25 МэВ более лёгкое, чем четыре протона на входе.
И эти 25 МэВ не исчезнут, а перейдут в полную массу частиц, – всех, которые выступают продуктами реакций, в том числе и промежуточными. В том числе, разлетающиеся на заключительном этапе протоны, будут иметь «релятивистский довесок», помогающий им преодолеть потенциальный барьер слияния с другими протонами. Да и любая из рождённых частиц может передать свою массу – импульс – протону, провоцируя новый цикл слияний.
...То есть, 25 МэВ – массы покоя! – не пропадут. Но откуда они взялись? Почему в случае атомных ядер, масса суммы меньше масс слагаемых?
Ну… Во-первых, не всегда меньше. У лёгких элементов так. У железа – точно вровень. Далее уже масса ядра будет больше суммы масс покоя входящих в него протонов и нейтронов.
Попытаться понять «дефект массы» можно следующим образом. «Протон» это три «зернышка» – кварка – в вязкой «капле клея». В туче порождающих друг-друга глюонов… Слово «глюон», собственно, и происходит от слова «клей». Но капля эта имеет ограниченный объём, так как время жизни глюонов ничтожно, – чем и объясняется короткодействие ядерных сил. Между тем, глюоны также существуют, а значит, имеют массу, – так что «клей» составляет где-то треть от общей массы протона.
И клей этот, – да, – «жидкий». Он не сжимаем.
Если два протона соединить, объём капли, – по идее, – должен удвоиться. Но так не получится. Зёрнышки соберутся в центре, и радиус капли вырастет незначительно. Соответственно, часть клея не поместится в новой конструкции – дейтроне. Так что, «лишняя» масса глюонов перейдёт в массу (полную массу) других частиц.
Как отмечалось выше, всё это действует до железа. Ибо «зёрнышки» малы по отношению к размерам капли. Но – не так уж и малы. После железа объём капли начинает расти, и клея, чтобы она не расползлась, ещё и приходится докладывать… Теперь, при слиянии ядер энергия больше не выделяется, – зато «лишний» клей остаётся при их распаде.
Где-то на уровне урана и дополнительный клей перестаёт помогать. Капля становится неустойчивой.
