Черная дыра проявляет себя практически только как источник гравитационного поля. Тело, попадающее в поле черной дыры, падает к центру дыры и перестает быть видимым. Какую бы энергию ни имела частица, она не может вырваться из черной дыры - ведь с увеличением энергии частицы согласно Эйнштейну увеличивается ее масса, а следовательно, и притяжение к черной дыре. Из черной дыры не только нельзя отправить космический корабль, но даже нельзя подать световой сигнал.
В двойных звездах материя легкой звезды перетекает к более тяжелой. Анализ излучения перетекающего вещества позволяет в нескольких случаях заподозрить, что тяжелый партнер - черная дыра.
Но если бы оказалось, что нейтронные звезды в результате взрыва, вызванного пионной конденсацией, разбрасывают материю уже при ядерных плотностях, то черные дыры не могли бы образоваться.
Другое явление, вызывающее интерес к сверхплотной материи, состоит в том, что при достаточно большой плотности нейтронное вещество может перейти в новое состояние - кварковую материю.
Кварковые звезды
Напомним, что говорилось в «Истории одной симметрии». Все сильно взаимодействующие элементарные частицы - такие частицы называются адронами - состоят из нескольких типов кварков - частиц с дробным электрическим зарядом, равным -1/3 или +2/3 от заряда электрона. Нейтрон и протон (а они - адроны) состоят из трех кварков, а пи-мезон - из кварка и антикварка. Кварки, по-видимому, не существуют как свободные частицы. До сих пор все попытки обнаружить отдельный кварк давали отрицательный результат. Но зато на малых расстояниях между ними их свойства настолько хорошо изучены, что сейчас у большинства физиков нет сомнения в реальности этих частиц. Из анализа опытов по рассеянию адронов друг на друге удалось установить, что при сближении кварков взаимодействие между ними уменьшается.
Это явление было названо асимптотической свободой.
Когда сталкиваются два энергичных адрона, содержащиеся в них кварки не вылетают, а превращаются в другие нуклоны или пи-мезоны.
Для наглядности можно себе представить, что ад-рон - это нечто вроде мешка, в котором кварки движутся свободно, но за пределы которого они не могут удалиться. Если сблизить два нуклона на расстояние, меньшее размера мешка, то получится один общий мешок, в котором будет уже шесть кварков.
При большой плотности нейтронного вещества, когда расстояния между нейтронами сравнимы с радиусом мешка, нейтроны распадаются на свои составные части - нейтронная материя превращается в кварковую. Как показывают расчеты, звезда делается кварковой, когда ее плотность в 10-20 раз превышает ядерную. При этом переходе выделяется энергия и может произойти еще один взрыв звезды.
Осуществляется ли в природе кварковое состояние звезды? Или нейтронная материя уже при ядерной плотности взрывается и разбрасывается? Возможно ли, несмотря на это, образование черных дыр? Уже тот факт, что мы можем ставить такие вопросы, показывает, как далеко мы продвинулись в понимании структуры нейтронных звезд.
У каждого из нас есть свое ощущение красоты Вселенной. Удалось ли мне добавить новые краски к вашей картине мира?
Теперь, когда прочитана книга, оглянемся назад, подведем итоги.
Основа работы в любой области науки - научный
метод познания. Это не только совокупность технических приемов, как гаммы для музыканта, но и то, что в музыке называется теорией гармонии, - фундамент мировоззрения ученого. Научный метод позволяет отделить достоверное от невозможного, отделить самую красивую и даже правдоподобную догадку от доказанного утверждения.
Главное в определении научной истины - эксперимент. Эксперимент устанавливает факты. Но собрание фактов нужно превратить в стройную систему представлений - теорию, которая дает возможность предсказывать новые явления. И здесь ведущую роль играют интуиция и здравый смысл.
Как альпинисту необходимо не только владеть техникой восхождения, иметь хорошую физическую подготовку, но и обладать особыми личными психологическими качествами, так и ученому, кроме безупречного владения научным методом, нужно воспитать себя для подвижнической работы.
Любопытство, желание узнать, как устроена природа, умение удивляться, радоваться любому малому открытию, способность чувствовать красоту - эти качества должны определять выбор научной профессии.
В награду тому, кто решился посвятить себя науке, открывается удивительная стройность, красота природы, скрытая от самого пристального взгляда, - из разрозненных явлений возникает единая картина Вселенной.
Все это относится к работе в любой опытной науке - физике, химии, биологии, астрономии… Что же такое теоретическая физика и как работают физики-теоретики? Они изучают природу с помощью бумаги и карандаша, выводя новые соотношения между наблюдаемыми величинами, опираясь на ранее найденные экспериментально и теоретически законы природы. Задача теоретической физики - нарисовать по возможности точную картину мира, используя все известные экспериментальные и теоретические факты, используя основанные на интуиции догадки, которые в дальнейшем будут проверены на опыте. Мы проследили путь теоретиков на примере истории зарождения и развития квантовой теории - это все тот же трудный путь от смутной догадки к научной истине.
Конкретные технические приемы теоретика - качественный анализ, когда почти без вычислений получа-
ются грубые соотношения между величинами, проясняется физическая картина явления, возникает проект решения; и затем получение количественных соотношений с помощью математического» аппарата теории.
Подступая к тайнам мироздания, можно увидеть, как далекие друг от друга объекты физического исследования - пустота, ядра, звезды - теснейшим образом связываются между собой. Все области физики переплетаются в один клубок и являют конкретное воплощение единства природы.
Когда изучаешь чужой язык, после долгой зубрежки падежей и грамматических форм, после безнадежного непонимания приходит вдруг чудесный миг прозрения, и незнакомые слова превращаются в сонет Шекспира, комедию Мольера, строки Сервантеса. Такое же чудо ожидает тех, кто изучает язык Природы. Позади сомнения, ошибки, поиски, бесконечные загадки - нам открывается полный чудес, бесконечно прекрасный новый мир.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Адроны - частицы (барионы и мезоны), участвующие в сильных взаимодействиях.
Альфа-распад - радиоактивный распад атомных ядер, когда испускается альфа-частица, при этом заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число - на 4.
Альфа-частица - ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов.
Антинейтрино - античастица нейтрино, отличающаяся от него знаком лептонного заряда и спиральностью.
Античастицы - отличаются от соответствующих частиц знаками электрического заряда, магнитного момента, барионного или лептонного заряда и странности (или, в случае, например, очарованного кварка, знаками очарования).
Ароматы кварков - типы кварков. Имеется шесть ароматов - верхний, нижний, странный, очарованный, красивый и высший, еще не обнаруженный на опыте.
Асимптотическая свобода - свойство некоторых теорий сильных взаимодействий, состоящее в том, что силы между частицами убывают на малых расстояниях.
Барионный заряд (бирионное число) - одна из внутренних характеристик барионов. У всех барионов барионный заряд +1, у антибармоиов -1, у остальных частиц 0.
Барионы - сильновзаимодействующие частицы с полуцелым спином.
Безразмерные величины - величины, не зависящие от выбора единиц измерения. Так, численное значение длины стола зависит от выбора единицы длины, отношение же длины к ширине - величина безразмерная.
Бета-распад - радиоактивное превращение ядер, сопровождающееся испусканием электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино.
Близкодействие - представление, согласно которому взаимодействие между удаленными телами осуществляется с помощью среды или каких-то других промежуточных звеньев, передающих взаимодействие от точки к точке с конечной скоростью.
Больцмана постоянная - физическая постоянная к, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро N:k= 1,38-10-23 дж/К (Л. Больцман, 1872).
Бора постулаты - основные допущения в теории атома Нильса Бора (1913). Они устанавливают правила определения стационарных состояний атома, соответствующих фиксированным значениям его внутренней энергии. Частоты излучения связаны с разностью энергий стационарных состояний соотношением ипт = (Еп- Em)/h.
Де Бройля формула - любой частице с энергией Е и импульсом р соответствует волна («волна де Бройля») с длиной Я=2яЬ/р и с частотой со = Е/п (Л. де Бройль, 1923).
Вакуум - физическое пустое пространство. В квантовой теории поля - наинизшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц в вакууме равно нулю, но в нем происходит рождение и исчезновение виртуальных частиц, влияющих на физические процессы.
Вектор - отрезок определенной длины и направления. Векторами изображают «векторные величины» - силу, скорость, электрическое поле…
Векторный потенциал - вспомогательная величина, градиенты которой определяют электрические и магнитные поля в каждой точ-
Великое объединение - попытка единого объяснения электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий.
Виртуальные частицы - в квантовой теории поля частицы, возникающие на короткое время. Взаимодействие между частицами возникает в результате обмена различными виртуальными частицами.
Внутренние симметрии - симметрии, характеризующие свойства полей, частиц ил.1 явлений, не связанные с преобразованием пространственных координат, как например изотопическая симметрия.
Волновая механика - см. «квантовая механика».
Волновая функция -¦ в квантовой механике основная величина, описывающая состояние системы и позволяющая находить вероятности и средние значения физических величин.
Волновой вектор - вектор, направленный вдоль скорости волны, величина которого к=2лД, где X - длина волны.