Не фантастика, а наука

Сергей Александрович Чумаков

Почему инопланетная жизнь возможна? Как планировали построить атомный звездолёт? Почему премию Нобеля не вручают математикам? Что настоящая наука говорит о вечном двигателе? Об этом и много другом в форме коротких заметок читатели могут узнать из новой книги преподавателя физики и популяризатора науки. Рекомендовано тем, кто скучал на уроках физики.

Сильное взаимодействие очень сильное

Ещё мыслители Древней Греции выдвинули смелую гипотезу о том, что всё вещество состоит из мельчайших частиц, которые невозможно разглядеть и разделить. Но только множество веков спустя люди подтвердили догадку мыслителей прошлого, открыли атом и атомное ядро, удивительные структуры, описанию и исследованию которых посвящено множество книг. Теперь мы знаем, как же примерно выглядят составные части молекул, какой обладают массой и на что способны. Фактически, это удивительное знание о микромире, который ничем не уступает по возможностям, а местами и превосходит знакомое нам пространство из крупных объектов. Однако, одно из самых замечательных свойств атомного мира — силы, которые не позволяют ядрам химических элементов развалиться, про них и пойдёт речь в этой заметке.

Начнём с того, что мы будем представлять ядро атома не как целый шарик, а как связанные между собой частицы, протон и нейтрон. Это не хитрый приём для упрощения материала, такие частицы существуют в реальности и называются нуклонами. Название подобрано соответствующее, от латинского nucleus «ядро». Нейтрон и протон вместе составляют бОльшую часть массы атома, хотя масса самого протона несравнимо меньше массы самого маленького кристаллика сахара в стакане вашего чая. Гравитация, чьё воздействие кажется нам огромным и универсальным, бесполезна на подобных масштабах. Тяготение заслуженно считается самой слабой силой во Вселенной и удержать вместе нуклоны только лишь гравитационным взаимодействием абсолютно немыслимо. Так что для связи нейтрона и протона в природе существует иной механизм, гораздо более эффективный и гибкий — так называемое сильное взаимодействие. Как видите, в этом случае физики придумали название без лишней помощи фантазии.

Сильное взаимодействие настолько сурово, что не будь у него ограничений, скрутило бы всю материю и изменило бы наш мир до неузнаваемости. Но здесь срабатывает некая вселенская защита от дурака, ведь у сильного взаимодействия есть своя сфера «применимости», это совсем микроскопическое расстояние, 10 в минус 15-й степени метра. Дальше оно никак себя не проявляет, и это, поверьте мне, здорово.

Ещё более экстраординарным можно считать сам механизм сильного взаимодействия — его так же называют обменным. Уже по одному слову можно догадаться, что в основе феномена лежит процесс распределения чего-то между нуклонами. Когда один нуклон притягивает второй, происходит обмен мезонами, элементарными частицами, которые являются переносчиками этого самого сильного взаимодействия. Хорошим примером механизма служит перебрасывание мячика двумя игроками. Когда один кидает, а другой ловит и происходит взаимодействие. Мезоны, столь важные для существования материи, несмотря на свою роль, относятся к короткоживущим частицам, время их существования не превосходит стомиллионных долей секунды.