Читать интересную книгу Рассказывают ученые - неизвестен Автор

В широком - философском - смысле инвариантность - это независимость от способа описания.

Камера Вильсона. - В конце прошлого столетия физик Ч. Вильсон, работая на горной обсерватории в Шотландии, обратил внимание на любопытные оптические явления, возникающие при освещении солнечными лучами облаков и тумана. Ученый решил воспроизвести подобное явление в лаборатории и провел несколько экспериментов, получая искусственные облака путем расширения паров. Эти опыты натолкнули Ч. Вильсона на плодотворную идею, которая и легла в основу знаменитой камеры для регистрации элементарных частиц, названной его именем. В камере Вильсона пролетающие частицы оставляют видимые следы из капелек воды в парах, образующихся в результате быстрого расширения. Эти следы можно фотографировать.

Масса и энергия. - Из теории относительности следует, что полное количество энергии, содержащейся в некотором количестве материи, равно произведению массы этой материи на квадрат скорости света в вакууме. Поэтому в физике высоких энергий массы измеряются в единицах энергии - так называемых миллионах электрон-вольт (мэв). В этих единицах массы электрона и позитрона равны примерно 0,5 мэв, а массы протона и нейтрона - 940 мэв. Иногда используется более крупная единица, равная одному миллиарду электрон-вольт (гэв), - гигаэлектрон-вольт. Масса одного грамма вещества выражается астрономическим числом - 6*1023 гэв.

Мезоны. - Изучая взаимодействия частиц, входящих в состав атомного ядра, японский физик Юкава пришел к выводу, что их взаимное притяжение является результатом непрекращающегося обмена особыми частицами - мезонами. Юкава предсказал также, что масса мезона должна примерно в 200 раз превосходить массу электрона. Впоследствии были открыты три мезона с близкими массами, но с разными электрическими зарядами: положительный, отрицательный и нейтральный. Эти ядерные мезоны получили название пи-мезонов. Кроме того, открыты еще два мю-мезона - положительный и отрицательный. Они возникают при распаде соответственно положительного и отрицательного пи-мезонов.

Нейтрон и нейтрино. - Нейтрон - частица с массой 1838,6 электронной массы - был открыт в 1932 г. английским ученым Д. Чедвиком. Вне атомного ядра нейтрон не стабилен. Средняя продолжительность его жизни 17 минут. Затем нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино (распад).

В свое время физики обнаружили, что нейтрон может самопроизвольно распадаться на протон и электрон. Однако при этом обнаружилось странное нарушение закона сохранения энергии. Общая энергия продуктов реакции оказалась меньше, чем следовало из теоретических расчетов. Известный швейцарский физик В. Паули высказал предположение о том, что недостающую энергию уносит с собой неизвестная частица. Однако обнаружить эту частицу, названную по предложению Э. Ферми нейтрино (что одновременно означает "маленький" и "нейтральный"), удалось лишь сравнительно недавно.

Главная отличительная особенность нейтрино - удивительная способность беспрепятственно проходить сквозь громадные толщи вещества. Длина свободного пробега нейтрино в космосе сравнима с радиусом доступной современным исследователям области Вселенной.

Пузырьковая камера. - Одно из наиболее эффективных устройств для регистрации явлений, вызываемых частицами высоких энергий. Принцип ее работы сходен с принципом работы камеры Вильсона. Жидкость, наполняющая камеру, перегревается и приобретает способность легко вскипать. Благодаря этому вдоль пути, пройденного заряженной частицей, образуется видимый след, состоящий из пузырьков газа.

Поле. - Особая форма существования материи. Представим себе мощный радиопередатчик, излучающий электромагнитные волны. Где бы мы ни помещали антенну нашего приемника, они будут возбуждать в ней движение электронов, электрические токи, которые после соответствующего усиления и преобразования создают звук в динамике. Энергия, излучаемая передатчиком, заполнила определенную область пространства. Но энергия - это свойство материи, которое не может существовать отдельно, независимо от самой материи. Она всегда должна иметь материального носителя. В данном случае носителем энергии является электромагнитное поле. О материальной природе электромагнитного поля говорит и то обстоятельство, что оно способно оказывать на помещенные в него объекты не только электрическое, магнитное, но и прямое механическое воздействие. Так, электромагнитные (например, световые) волны производят определенное давление на преграды, а излучатели таких волн испытывают реактивный эффект, получая ускорение в противоположном направлении, как если бы выбрасывали обычные частицы вещества.

Типы взаимодействий. - Современной физике известны четыре типа взаимодействий между элементарными частицами.

Взаимодействие большой интенсивности, обусловленное обменом пи-мезонами и удерживающее в атомном ядре протоны и нейтроны, называется сильным взаимодействием.

Несколько слабее - электромагнитное взаимодействие, притяжение и отталкивание разноименных и одноименных зарядов.

Третий тип - слабые взаимодействия, возникающие при распадах и столкновениях частиц со средними и малыми массами.

Последний тип взаимодействия - притяжение масс, или гравитация. Однако в микромире гравитационные силы почти не играют никакой роли, так как они во много раз слабее других сил.

II. К истокам живого

Наука о живом

Живая природа всегда поражала человека своим многообразием, сложностью, целесообразностью, беспрерывным и быстрым изменением. От невидимого мира и микроорганизмов, бесчисленных простейших, лишайников, мхов, трав, кустарников и деревьев до мира животных - насекомых, рыб, земноводных, птиц, млекопитающих - такова цепь жизни, которая тянется к венцу природы - человеку, единственному из биологических существ, способному изучать и осмысливать закономерности природы.

На протяжении тысячелетий жизнь, ее зарождение и развитие, удивительная приспособляемость, наконец, сам человек с его разумом - все это казалось людям таинственным, необъяснимым, сверхъестественным. Загадка жизни всегда была прибежищем идеализма и религии. У всех религий имеется своя трактовка происхождения и сущности жизни.

Согласно христианско-иудейской Библии, бог создал все живые существа одним словом. В другом варианте библейской легенды он творит человека из "праха земного", вдувая ему в уста "дыхание жизни" (Бытие, гл. 2, ст. 7). В Коране сказано: "Хвала Аллаху!.. Он - тот, кто сотворил вас из глины..." (Сура 6, ст. 1 - 2). В другом месте этой священной книги мусульман утверждается: "О Боже, царь царства!.. Ты... выводишь живое из мертвого, и выводишь мертвое из живого..." (Сура 3, ст. 25 - 26).

Немало столетий прошло, пока человек накопил достаточно знаний для научного понимания мира живой природы. Для этого понадобилось развитие физики и химии, познание законов строения живых организмов, деятельности их органов и тканей, умение заглянуть внутрь организмов, проникнуть в мельчайшую их структуру. Пытливая мысль и эксперименты многих и многих поколений естествоиспытателей привели к заключению о постоянном развитии всего многообразия растительных и животных видов в процессе смены бесчисленных поколений белковых тел.

Какой сложной психологической перестройки потребовал такой взгляд даже от выдающихся умов! Еще в середине XVIII в. молодой Дени Дидро писал, что, склоняясь к неверию, возвращается к мысли о бытии бога, как только вспоминает о целесообразности живого: "Разве божество не запечатлено столь же ясно в глазу насекомого, как способность мыслить в произведениях великого Ньютона?" Но уже вскоре религиозному представлению о целесообразности живого был нанесен решающий удар - Чарльз Дарвин создал теорию происхождения видов путем естественного отбора. "Дарвин положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, "богом созданные" и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву" [В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 1, стр. 139], отмечал В. И. Ленин.

В наши дни мысль о последовательном развитии животного и растительного мира под воздействием естественных факторов, изменчивости и наследственности стала хрестоматийной. Современная биология идет гораздо дальше - в глубь живой материи, изучает самые сокровенные ее структуры. Сегодня это обширная область знаний, она включает много специальных направлений, изучающих жизнь во всех ее проявлениях, во всем бесконечном многообразии.

Еще совсем недавно биология не считалась достаточно точной наукой, нередко ее выводы, хотя и базировались на эксперименте, носили общий, весьма предположительный характер. Но уже Ф. Энгельс, констатировавший, что применение математики в биологии равно нулю [См. К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч.. т. 20, стр. 587], высказал идею о формах движения материи, начиная от самой простейшей - механической и кончая наиболее сложными - биологической и социальной как неотъемлемых ее структурах. Согласно его точке зрения, биологическая форма движения - такое же естественное свойство материи, как и физическая или химическая. "Материя, - говорил Ф. Энгельс, - во всех своих превращениях остается вечно одной и той же... ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен..." [Там же, стр. 363].