цв. вкл.).
Вакуум уже тогда привлекал самое пристальное внимание физиков, и Дирак сразу же предположил, что эта мнимая пустота на самом деле заполнена бесконечным множеством «негативных» электронов самой различной энергии. Но реальный вакуум абсолютно нейтрален и никак не действует на обычное вещество, поэтому Дирак посчитал, что электромагнитные и гравитационные поля «негативных» электронов полностью компенсируют друг друга. Важной особенностью электронного «моря Дирака» было наличие замкнутых пустот свободного от электронов пространства. В этих пузырьках «вакуумной пены» обычные и негативные электроны должны были взамоуничтожаться (аннигилировать) с испусканием фотонов — частиц электромагнитного поля (см. рис. 3 цв. вкл.).
Надо ли говорить, что вначале теория «моря негативных „электронов-ослов“» вызвала такое же море возражений. Так, чтобы обосновать процесс внутрипузырьковой аннигиляции, физики-теоретики пытались поместить туда протон, как единственную на то время положительную частицу, но это только погружало их в новые глубины проблем моря Дирака.
Триумф теории «моря Дирака» пришелся на 1932 год, когда в космических лучах, падающих на Землю, был обнаружен дираковский «негативный» электрон — позитрон. Вот тут и началось конструирование антимиров, причем сначала казалось, что эти миры должны быть совершенно идентичными, и если бы мы сумели заглянуть в антимир, не аннигилировав при этом, то ничего бы нового не заметили. По-научному это звучит так: все законы природы долгое время считались неизменными (инвариантными) относительно изменения знака заряда частиц (так называемой зарядной инверсии, или С-преобразования). Однако в начале второй половины прошедшего века физики экспериментально открыли шокирующий факт: для того чтобы превратить частицу в античастицу, нужно не только изменить знак заряда, но и как бы отразить частицу в зеркале, произвести еще и пространственное изменение симметрии — P-преобразование. Вместе эти две операции преображения частиц называются СР-преобразованиями. Однако чудеса продолжались, и вскоре выяснилось, что и этого совместного преобразования в ряде случаев совершенно недостаточно, поскольку такая CP-симметрия тоже нарушается. То есть для того, чтобы из электрона получить «настоящий» антиэлектрон, необходимо изменить еще и… направление хода времени, произвести Т-преобразование. Так возникло представление о существовании в природе фундаментального закона сохранения СРТ-симметрии.
Иначе говоря, наблюдатель не сможет никакими опытами установить, в каком мире он находится, если одновременно не произведет над эталонной частицей все три преобразования.
Вернемся теперь к физическим свойствам реального вакуума и добавим, что элементарные частицы, кроме массы и заряда, обладают еще и спином — моментом вращения вокруг собственной оси. При вращении подобно волчкам у зарядов возникает еще и магнитное поле с электрическим дипольным моментом. Рассмотрим сам процесс аннигиляции на примере электрон-позитронной пары. Это удивительное явление происходит не сразу, а в два этапа: сначала на кратчайшее мгновение образуется атом позитрония, состоящий из частиц, вращающихся вокруг общего центра масс. После же аннигиляции их энергия и масса превращаются в электромагнитное излучение, а на месте позитрония остается своеобразная дырка. Может ли эта «дырка» обладать какими-либо физическими свойствами?
Вам известно, что каждой математической функции соответствует определенный график. Когда исследуется новая формула, ее удобно изучить и графически, причем в различных системах координат. Сейчас подобные операции проводятся по специальным программам мощными компьютерами. В один прекрасный день изумленным взорам программистов предстала совершенно бесподобная вязь так называемых фракталов. Вскоре при детальном анализе выяснилось, что главная особенность новых структур заключается в том, что любая их бесконечно малая часть полностью копирует любой бесконечно большой элемент (см. рис. 4 цв. вкл.). Используя это свойство удивительных математических функций, физики-теоретики создали абстрактную модель физического вакуума в виде непрерывной бесконечно тонкой фрактальной нити. Эта нить и должна непрерывно заполнять бесконечно большое трехмерное пространство Вселенной, одновременно служа силовой линией электромагнитного поля.
Получается, что пространство физического вакуума, которым насыщены наши тела и в безбрежных просторах которого парит наша планета, представляет собой, с одной стороны, торричеллиеву пустоту из школьного учебника физики, а с другой — кипящий океан частиц и полей.
Во всяком случае, вакуум совершенно не похож на пустую сцену, где разыгрывается спектакль под названием «Эволюция Вселенной». Для того чтобы представить его зримый образ, давайте еще раз воспользуемся возможностями компьютерной графики. Если немного пофантазировать, то можно увидеть на экране монитора образ «вакуумного» Мироздания, где в глубинах бурлящей пустоты спрятаны фрактальные корни некоего Вселенского Древа всех наблюдаемых нами явлений природы, а в ее ячейках записаны все физические законы нашего мира. Таким образом, с помощью последовательности удивительнейших древовидных фрактальных множеств Природа связывает логическую цепь событий от невообразимых глубин физического вакуума до границ Метагалактики и дальше — во Вселенную.
Суд над Галилеем
Иной раз за научные убеждения приходилось жестоко расплачиваться. Галилео Галилей вынужден был отречься от своих взглядов. Но в памяти человечества он навсегда останется создателем новой физики.
Пизанская башня
По легенде, Галилей сбрасывал предметы различной массы с наклонной «падающей» Пизанской башни, чтобы продемонстрировать, что они достигают поверхности земли одновременно. Однако в действительности более тяжелые предметы скорее всего падали бы на землю раньше легких из-за наличия сопротивления воздуха.
Первые опыты на Луне
Нейл Армстронг, американский астронавт миссии «Аполлон-11», поставил знаменитый опыт Галилея на Луне перед миллионами телезрителей, выпустив одновременно из перчатки скафандра металлический шарик и птичье перо. Точно так же демонстрируют данный опыт, наблюдая падение свинцовой дроби и пушинки в колбе с откачанным воздухом.
Великий Ньютон
Наука подобна красивой, но сварливой женщине. Если хочешь общаться с ней, надо беспрестанно ссориться.
Опыт Майкельсона — Морли
Майкельсон и Морли использовали специальный оптический измерительный прибор, в котором луч света расщепляется надвое полупрозрачным зеркалом (стеклянная пластина посеребрена с одной стороны ровно настолько, чтобы частично пропускать поступающие на нее световые лучи, а частично отражать их). В итоге свет расщепляется на два согласованных луча, расходящихся под прямым углом. После этого лучи отражаются от равноудаленных полупрозрачных зеркал и возвращаются. Получающийся результирующий пучок света позволяет наблюдать картину наложения двух лучей и определять запаздывание одного луча относительно другого.
Массы небесных тел как бы «продавливают» пространство в модели гравитации Эйнштейна
Создав теорию, основанную на понятии пространства-времени Минковского, получившую название «специальной теории относительности», сокращенно «СТО», Эйнштейн приступил к разработке новой теории гравитации. Великий физик назвал ее «общей теорией относительности», или «ОТО», и всегда считал ее своим наивысшим достижением, включившим в себя теорию всемирного тяготения Ньютона как частный случай. В основе ОТО лежит образ пространства Минковского, искаженного материальными телами, наподобие деформации, создаваемой свинцовыми шариками на резиновой пленке.
Искусственная невесомость
При разработке своей теории гравитации Эйнштейн прежде всего обратил внимание на то, что всепроникающее тяготение одинаково действует на все тела. Оно сообщает любым массам абсолютно одинаковые ускорения совершенно независимо от их вида, строения, химического состава и других свойств. Тут Эйнштейн заметил поразительную природную закономерность, которую он развил в важнейший физический принцип ОТО, — эквивалентность инертной и гравитационной масс. Инертная масса входит в три школьных закона Ньютона, а гравитационная — в его же закон всемирного тяготения. Сам Эйнштейн неоднократно вспоминал, что к принципу эквивалентности его привели наблюдения поведения тел в обыкновенном лифте. К примеру, в свободно падающем лифте наступит состояние искусственной невесомости, которое часто используют для тренировок космонавтов.
Центрифуга в Тренировочном центре космонавтов им. Ю. А. Гагарина (Россия)
Центрифуга, карусель, ротор, юла, волчок — во всех этих вращающихся телах и механизмах происходит своеобразный переход сил инерции в силы искусственной гравитации. Так, в тренировочной центрифуге космонавты не только привыкают к перегрузкам старта и спуска, но и пытаются почувствовать себя в глубинах атмосферы газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
Вариант геометрии вакуума
Фрактальное множество (компьютерная графика)
Фрактальный образ Вселенского Древа
ГЛАВА ПЕРВАЯЭРА НОВОЙ НАУКИ
Можно понять, какое существенное влияние было оказано на само направление развития человеческих знаний в тот день, когда кванты исподтишка вошли в науку. В тот самый день величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания, хотя никто тогда еще и не отдавал себе ясного отчета в этом. В истории науки не много было подземных толчков, сравнимых по силе с этим.