Научный взгляд на устройство вселенной

«ВИДЕТЬ» — ЗНАЧИТ ВЕРИТЬ 131
в состав вещества, и рассказать, как каждый из них был открыт. 
Список станет куда интереснее, если не забывать о том, что эти 
разнообразные ингредиенты на разных масштабах ведут себя 
очень по-разному. Кресло, в котором вы сидите, в итоге можно 
разложить на эти элементы, но, для того чтобы разобраться в его 
подлинной структуре, понадобилась длинная цепочка открытий.
Ричард Фейнман в свое время пошутил, говоря об одной из сво-
их теорий: «Если она вам не нравится, отправляйтесь куда-нибудь 
в другое место — может быть, в другую Вселенную, где правила 
проще…» Возможно, некоторые утверждения или предположения, 
которые кажутся нам истинными, слишком громоздки и невнятны. 
Но человеческое нежелание их принимать, не изменит того факта, 
что природа устроена именно так — сложно и запутанно.
МАЛЫЕ ДЛИНЫ ВОЛН
Маленькие расстояния кажутся нам непривычными. Мы не можем 
узнать, что происходит на самых маленьких расстояниях, без спе-
циальных крохотных инструментов. Страница (или экран), кото-
рую вы сейчас читаете, выглядит совершенно не так, как элемен-
ты, из которых состоит ее вещество. Все дело в том, что человече-
ское зрение по природе своей основано на наблюдении видимого 
света. Этот свет излучают электроны, находящиеся на орбитах 
вокруг центров атомов. Как показано на рис. 14, длина волны ви-
димого света не настолько мала, чтобы позволить нам заглянуть 
внутрь ядра.
Нам нужно быть умнее — или смелее — и определить, что про-
исходит в атоме на крохотных расстояниях, сравнимых с размером 
ядра. Для этого необходимо излучение с гораздо меньшей длиной 
волны, чем у видимого света. Поверить в это, пожалуй, нетрудно. 
Представьте себе воображаемую волну, длина которой равна раз-
меру Вселенной. С чем бы эта волна ни взаимодействовала, ин-
формации от этого взаимодействия не хватит, чтобы обнаружить 
в пространстве хоть что-нибудь. Если в этой волне не будет более ко-
ротких колебаний, у нас не будет возможности определить — одной 
только гигантской волной никак не обойтись, — что какой-то опре-

132 МАСШТАБИРОВАНИЕ 
ВЕЩЕСТВА
деленный объект находится в каком-то определенном месте. Это 
как если накрыть кучу вещей мелкой сетью и спросить, где в этой 
куче находится ваш бумажник. Вы не сможете его отыскать без ин-
струмента с достаточным разрешением, который позволил бы за-
глянуть внутрь кучи и различить там более мелкие вещи.
Если имеешь дело с волнами, нужно, чтобы их гребни и впадины 
располагались на правильном расстоянии, примерно соответству-
ющем размеру объекта, который ученые пытаются рассмотреть. 
Волна в этом смысле подобна сети, размер ячейки которой соот-
ветствует длине волны. Если известно только, что в сети что-то есть, 
это «что-то» гарантированно находится в пределах области, по раз-
мерам соответствующей размерам сети. Чтобы узнать о положении 
объекта точнее, потребуется либо сеть с меньшими ячейками, либо 
другой способ поиска неоднородностей в более мелком масштабе.
Квантовая механика говорит нам, что по характеристикам 
волны можно судить о вероятности обнаружения частицы в кон-
кретной точке пространства. Волны, о которых идет речь, могут 
быть обычными световыми волнами, а могут оказаться теми, ко-
торые несет в себе каждая отдельная частица. Длина такой волны 
говорит нам о том, на какое минимальное разрешение мы можем 
рассчитывать, если будем зондировать малые расстояния с помо-
щью частицы или излучения.
Квантовая механика также утверждает, что короткие волны 
требуют высоких энергий. Дело в том, что с энергией связана ча-
стота, и волны самой высокой частоты — с самой короткой, соот-
ветственно, длиной — несут в себе максимальную энергию. Таким 
образом, квантовая механика связывает высокие энергии и малые 
расстояния и подсказывает нам, что только эксперименты, опери-
рующие высокими энергиями, могут помочь ученым проникнуть 
в тайны внутреннего устройства вещества. Именно по этой прин-
ципиальной причине для зондирования самой сердцевины веще-
ства и его фундаментального строения нам необходимы устрой-
ства, способные разгонять частицы до высоких энергий.
О том, что высокие энергии позволяют исследовать крохот-
ные расстояния и взаимодействия на этих расстояниях, говорят 
и квантово-механические волновые соотношения. Чем меньшие 

«ВИДЕТЬ» — ЗНАЧИТ ВЕРИТЬ 133
расстояния мы хотим рассмотреть, тем более высокие энергии — 
и, следовательно, более короткие волны — нам потребуются. 
Квантово-механический принцип неопределенности, утверждаю-
щий, что малые расстояния связаны с большими импульсами, по-
лучает дополнение в лице специальной теории относительности, 
которая устанавливает связь между энергией, массой и импульсом 
и делает эту связь более отчетливой.
Ко всему прочему, Эйнштейн научил нас, что энергия и масса 
взаимозаменяемы и могут превращаться друг в друга. Так, при стол-
кновении частиц их масса может обернуться энергией, поэтому 
чем выше энергия, тем более тяжелые материальные частицы могут 
быть получены, так как 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: