Человечество тысячелетиями пытается разрезать материю на самые мелкие кусочки, чтобы найти то самое абсолютное «неделимое». Но каждый раз, когда ученым кажется, что предел достигнут, Вселенная ехидно подкидывает им матрешку поменьше. На сегодняшний день мы досконально понимаем, из чего состоит лишь 5% нашей Вселенной, а остальные 95% — это сплошное белое (точнее, темное) пятно.
Более двух тысяч лет назад древнегреческим философам, таким как Левкипп и Демокрит, пришла в голову блестящая мысль: если долго-долго резать яблоко пополам, в конце концов останется крошечный кусочек, который разрезать уже не получится. Они назвали его «атомом» (что буквально и переводится как «неделимый»). Долгое время, правда, эта стройная концепция проигрывала популярным идеям о том, что всё вокруг просто состоит из комбинации огня, воды, земли и воздуха.
Только к концу XVIII века, с зарождением современной химии, мистические стихии уступили место реальным элементам — водороду, кислороду и другим. В начале XIX века Джон Дальтон вернул в науку понятие атома, связав его с химией, а в 1869 году Дмитрий Менделеев виртуозно упорядочил весь этот зоопарк в свою знаменитую таблицу. Казалось бы, вот они — фундаментальные кирпичики мироздания. Лего-набор реальности собран. Но не тут-то было.
В 1896 году Анри Беккерель открывает радиоактивность. Внезапно выясняется, что «неделимые» атомы могут распадаться, излучая что-то изнутри себя. Иронично, но физики не стали менять название фундаментальному кирпичику, даже когда в 1897 году Джозеф Джон Томсон оторвал от него электрон.
Дальше всё пошло по наклонной. Эрнест Резерфорд, обстреливая золотую фольгу альфа-частицами, доказал, что атом — это вообще не плотный монолитный шарик, а в основном зияющая пустота с крошечным, но сверхмассивным ядром в центре. К 1932 году физики (в частности, Джеймс Чедвик) распилили и само ядро — оказалось, что оно состоит из протонов и нейтронов.
«Ура, мы нашли истинные фундаментальные частицы!» — вздохнули физики 1930-х. Протон, нейтрон и электрон. Всё кристально ясно, этого достаточно, чтобы собрать любую материю во Вселенной. Жизнь прекрасна.
Но природа, видимо, не любит простых сюжетов. В 1936 году в космических лучах ученые обнаруживают мюон — частицу, которая ведет себя в точности как электрон, только весит в 200 раз больше и живет крошечные доли секунды. Легенда гласит, что американский физик и будущий нобелевский лауреат Исидор Айзек Раби, узнав об этом открытии, в сердцах воскликнул: «Кто это заказывал?» (Who ordered that?).
И это было только начало. Из космоса и из первых ускорителей на ученых полился настоящий ливень новых частиц. Позитроны (антиматерия!), неуловимые нейтрино, пионы, каоны, гипероны… Чтобы не сойти с ума от этого хаоса, физикам-теоретикам пришлось проделать титаническую работу по классификации, результатом которой стала Стандартная модель.
Выяснилось, что протоны и нейтроны тоже не монолитны. Внутри них сидят еще более мелкие сущности — кварки, намертво склеенные частицами-переносчиками сильного взаимодействия (глюонами). Сегодня Стандартная модель выглядит как идеальный конструктор: есть кварки, есть лептоны (к которым относится электрон и тот самый непрошеный мюон) и есть бозоны (переносчики сил). Жирную точку в этой таблице поставили в 2012 году, когда на Большом адронном коллайдере поймали бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у других частиц.
Стандартная модель — это шедевр человеческого гения, но она не описывает реальность целиком.
Во-первых, в ней совершенно нет места гравитации. Квантовая теория предсказывает существование гравитона — фундаментальной частицы, переносящей гравитационное взаимодействие, но пока ни один детектор в мире не смог его засечь.
Во-вторых, мы вообще не знаем, из чего состоит темная материя и темная энергия. А ведь именно они управляют поведением галактик и ускоренным расширением Вселенной. По сути, все эти кварки, электроны и бозоны, из которых состоим мы с вами, планета Земля и все звезды на небе — это жалкие 5% от того, что реально существует в космосе. Остальные 95% — это темный лес, где прячутся совершенно другие, неизвестные нам «фундаментальные» элементы.
История физики — это история о том, как очень умные люди раз за разом торжественно объявляют, что нашли самую мелкую деталь мироздания, а потом кто-то приносит микроскоп помощнее и портит всем праздник.
Возможно, когда-нибудь мы узнаем, что и кварки состоят из чего-то еще (привет, теоретикам струн, которые ждут экспериментального подтверждения своих красивых формул уже полвека). Но пока что наши коллайдеры достигли предела мощностей. Очередная «неделимая» стена стоит крепко. Вопрос лишь в том, когда и кто пробьет в ней новую брешь — и какую очередную матрешку мы там найдем.
Читайте также: Источником энергии для «сердца» Млечного пути может быть не черная дыра, а темная материя
Помочь донатом на Boosty.
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.
