Дальнейшее развитие концепции атомизма

Глава 7. Концепция атомизма и элементарные частицы

Представление о неделимых мельчайших частицах материи, возникшее еще в глубокой древности, сопровождало развитие воззрений на природу на протяжении всей истории научного познания. Впервые понятие об атоме как последней и неделимой частице тела возникло, как известно, в античной Греции в рамках натурфилософского учения школы Левкиппа-Демокрита. Согласно этому учению, в мире существуют только атомы и пустота. Различные комбинации атомов образуют самые разнообразные видимые тела. Тела могут возникать и исчезать, но атомы, из которого они состоят, остаются неизменными. Они могут лишь переходить от одних тел к другим.

Античная гипотеза об атомах не основывалась на каких-либо эмпирических данных и была лишь гениальной догадкой, но, тем не менее, она определила на многие столетия вперед все дальнейшее развитие естествознания. И хотя сейчас мы знаем, что атом вовсе не является последней, неделимой частицей материи и имеет сложное строение, все же тенденция к поиску последних элементарных частиц, из которых построено все мироздание, продолжает существовать в новых формах атомистической концепции.

Эта концепция, как уже отмечалось раньше, несомненно, обладает огромными возможностями для объяснения свойств и особенностей сложных тел с помощью свойств более простых элементов и частиц. Однако такое объяснение достигается, как легко заметить, посредством редукции, то есть сведения сложного к простому, составного к элементарному. Поэтому трудно согласиться с идеей, что все многообразие сложного и качественно разнообразного мира может быть сведено к немногим свойствам небольшого числа простых, элементарных частиц. В этой главе мы продолжим дальнейшее рассмотрение концепции атомизма в широкой перспективе, обратив особое внимание на особенности современных представлений об элементарных частицах.

Дальнейшее развитие концепции атомизма

После того, когда физики установили, что атом не является последним кирпичиком мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска таких частиц заняла главное место в их исследованиях. По-прежнему мысль физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел и явлений природы к простым свойствам небольшого числа первичных, основных частиц, которые впоследствии были названы элементарными. В точном смысле слова такие частицы не должны содержать каких-либо других элементов. Однако в обычной практике физики называют элементарными такие частицы, которые не являются атомами или частями атомных ядер, за исключением протона и нейтрона. Иногда элементарные частицы называют также субъядерными частицами.

Первая элементарная частица - электрон - была открыта еще в конце XIX века. Она представляет собой наименьшую единицу электрического заряда. Вторая частица, названная протоном, входящая в состав атома была открыта Э. Резерфордом в 1919 г. при бомбардировке атомов альфа частицами. По массе она почти 2 000 раз превосходит массу электрона, но заряжена положительно. Третья частица - нейтрон - была открыта в составе космического излучения и так названа потому, что она является нейтральной и не несет электрического заряда. Четвертая частица, названная фотоном, является квантом света, и была введена для объяснения фотоэффекта. Все эти частицы и составили первоначальный запас элементарных частиц.

Начиная с 1930-х годов, физики, занявшись исследованием космических лучей, год за годом открывают в них новые элементарные частицы, число которых неуклонно растет. В 1932 г. был открыт позитрон, первая античастица, теоретически предсказанная известным английским физиком П. Дираком, но впервые обнаруженная в космических лучах. Она оказалась равной по массе электрону, но заряженной положительно. Аналогично этому, такая всепроницающая и, по-видимому, широко распространенная легкая частица, как нейтрино, была предсказана видным швейцарским физиком В. Паули в 1936 г., а экспериментально открыта лишь в 1953 г. То же самое можно сказать о предвидении японским физиком Х. Юкавой существования p (пи) мезонов, которые были открыты в 1947 году. Еще раньше были открыты мюоны, которые раньше называли m - мезонами. Эти частицы по массе занимают промежуточное положение между массой электрона, которую они превышают примерно 200 раз, и массой протона. В дальнейшем были обнаружены К⁺ и К^- мезоны и L (лямбда) гипероны, частицы, обладающие необычными свойствами, которые были названы «странными».

Если раньше большинство элементарных частиц открывали в космических лучах, то, начиная с 50 - х г. прошлого века, основным средством их обнаружения и исследования становятся ускорители. С их помощью было открыто многочисленное семейство нестабильных и коротко живущих, так называемых резонансных частиц, а в 1955 г. - антипротон, а год спустя - антинейтрон. В 70 - 80 - е годы обнаружено большое количество так называемых очарованных и красивых частиц, которые в 3 - 10 раз превосходили массу протона. О них мы будем говорить ниже.

Этот краткий обзор показывает, как в последние десятилетия интенсивно развивались исследования элементарных частиц, число которых сейчас, видимо, достигает около 400. Такое количество и разнообразие частиц служит явным свидетельством в пользу того, что они, вряд ли могут считаться подлинно элементарными, не образованными из других частиц. Во всяком случае, многообразие элементарных частиц и особенно разнообразие их свойств, требуют обсуждения и классификации.

Поиск по сайту: