Симметрии много: при отражении, при поворотах и вращениях, при сдвигах… И каждый раз, когда система обладает какой-либо симметрией, она подчиняется соответствующему закону сохранения. Эта теорема имеет сложное математическое доказательство, однако физический смысл ее понять нетрудно.Вот какие далеко идущие выводы заставляет сделать теорема Неттер! Удивительно ли, что часть ученых восприняла ее с недоверием?Однако как не заманчиво открыть процессы, которые не подчиняются закону сохранения энергии, нельзя все же забывать, что в круге изученных явлений этот закон никаких исключений не знает. В попытках найти нарушения этого или других великих законов сохранения было выполнено огромное количество весьма остроумных и изощренных экспериментов. Скрупулезно анализировались эксперименты по поиску анизотропии и пространственно-временной неоднородности в доступной нашим приборам части Вселенной. Никаких аномалий! Различие в скорости света, например, распространяющегося по разным направлениям («эфирный ветер», характеризующий степень анизотропии пространства), не превосходит стомиллионной доли процента. Скорость течения или, как еще говорят, ритм времени также остается совершенно неизменным в пределах точности современных приборов. Вечного двигателя не построишь—эта школьная истина остается незыблемой.На основе закона сохранения энергии был сделан ряд выдающихся открытий. Так, к концу 20-х годов выяснилось, что энергия электронов, вылетающих при радиоактивном распаде ядер, изменяется от случая к случаю. Куда девается разница—оставалось загадкой. Не экспериментальное ли это доказательство того, предположил Нильс Бор, что энергия в микропроцессах сохраняется лишь в среднем, статистически? Против выдающегося физика, к мнению которого прислушивались все, решился выступить швейцарский теоретик Вольфганг Паули. Нет, говорил он, закон сохранения энергии настолько фундаментален, что нужно допустить иное: вместе с электроном рождается неуловимая пока на опыте частица. Она-то и«крадет»недостающую энергию. Свойства этой частицы должны быть совершенно необычными: во-первых, сна практически ничего не весит, а во-вторых, почти не взаимодействует с окружающим веществом. Частица-невидимка, ускользающая из всех расставленных физиками ловушек (позднее итальянский физик Энрико Ферми придумал ей название—нейтрино, то есть«нейтрончик»)! Спустя 23 года предсказанные Паули нейтрино были обнаружены в экспериментах, а закон сохранения энергии снова, в который раз, остался неуязвимым.
Открытие антипротона Открыли антипротон только в 1955 г., после того как в Калифорнии был запущен бэватрон—гигантский по тем временам ускоритель частиц, рассчитанный на энергию в б с половиной миллиардов электронвольт. Через полгода был открыт и антинейтрон. Проходя сквозь вещество, антипротон и антинейтрон аннигилируют—взрывают и себя, и встретившиеся им на пути протон или нейтрон. Только характер этих взрывов [...]
Экспериментальное открытие антиэлектрона Однако в 1932 г. антиэлектрон неожиданно был открыт в эксперименте. Неожиданно—потому, что открытий его американский физик Карл Андерсон вообще не был знаком, с теорией дырок. Он изучал космические лучи, пользуясь камерой Вильсона. Это закрытая емкость, заполненная пресыщенными парами воды или спирта; заряженные частицы оставляют в ней следы—ленточки тумана, толщина и плотность которых зависят от массы [...]
Невидимое вещество По этим данным, кстати, выходит, что в пространстве рассеяно очень много невидимого нам вещества. Астрофизики называют его скрытой массой и утверждают, что эта масса не может превосходить массу светящегося, атомарного вещества более чем в 10 раз. Иначе масса Вселенной была бы больше критической и расширение пространства сменилось бы его сжатием. Если пренебречь вкладом в эту [...]
Сферическая форма частиц В последние 20—30 лет в различных физических лабораториях выполнено много опытов с рассеянием электронов и гамма-квантов на протонах. И во всех опытах протоны вели себя как абсолютно круглые, сферически симметричные частицы. То же самое обнаружилось и при рассеянии частиц на нейтронах. Они тоже оказались похожими на шарики—в целом электрически нейтральные, но имеющие внутри себя слои [...]
Свойства вакуума Исключить из теории ненаблюдаемые отрицательные энергии удалось после того, как физики стали более глубоко понимать свойства вакуума. Сегодня нам известно, что вакуум—это не абсолютная пустота, а скорее, особая среда, состоящая из бесчисленного множества спонтанно рождающихся и тут же исчезающих частиц и античастиц. Под действием внешних сил, получив дополнительную энергию и импульс, они могут оторваться от [...]
Монополь–по-прежнему загадка Какой бы логически стройной и изящной ни была теория, ее следствия непременно должны быть подтверждены наблюдением или экспериментом. Иначе она останется гипотезой. Идея монополей возникла более полувека назад. Это очень большой срок для научной гипотезы. Обычно за такой срок гипотеза либо отбрасывается, либо подтверждается. Монополь—редкое исключение, он по-прежнему загадка. И вместе с тем это ключ [...]
Трудности обнаружения частиц Обнаружить предсказанные теорией«великого объединения»монополи невероятно трудно. Ко всему прочему, по меркам ядерной физики, большинство из них—довольно медленные частицы. Только такие«ленивые»частицы и могло удержать магнитное поле нашей Галактики, более энергичные давно уже успели ее покинуть затеряться в безбрежных межгалактических просторах, деленные же частицы ионизуют вещество слабо, и что их заметить, нужны гигантские детекторы—в сотни, тысячи раз [...]
