Майкл Фарадей, гордость Великобритании, открывает в 1831 году закон электромагнитной индукции. Способ дешевого и эффективного получения электричества найден. Успех этот развивает Д. Максвелл, также англичанин, не любитель практических экспериментов, однако (в отличие от М. Фарадея) первоклассный математик. Формулы распространения электромагнитной волны, выведенные им в 1873 году, определяют путь к созданию принципиально нового устройства связи.
В 1885-1889 годах немецкий физик Генрих Герц, стремясь во что бы то ни стало опровергнуть теорию Максвелла и, заодно, создать свою собственную, проводит ряд экспериментов; в которых подтверждает правоту талантливого англичанина. Впрочем, становится великим и сам. В сущности, именно профессор Герц создает первое в мире радио. Дальность передачи сигнала три метра, но увеличение данного расстояния составляет теперь лишь дело техники.
Человечество осознает важность электромагнетизма, выдает щедро суммы на его исследования, получает солидную прибыль в виде всевозможных благ. Но, тем временем, почти не заметно, зреет освоение еще одного, очень важного источника энергии, сулящего не столько удобства, сколько скрытую угрозу – …атомного.
В 1897 году английский ученый Джозеф Томсон исследует т.н. анодные лучи (те самые, кстати, которые вызывают свечение ламп белого света), открывает электрон и, заодно, подбирается к идее зависимости энергии от массы. Эту идею подхватывает соотечественник, Оливер Хэвисайд. Ученый-самоучка выводит знаменитейшую формулу: «E=mc2».
Энергия тела (материального объекта) равна его массе умноженной на квадрат скорости света? Энергия,…то есть, способность тела совершать работу приравнивается массе и скорости электромагнитных волн? Лошадь равна слону, умноженному на квадрат голубя? Такое могут придумать лишь англичане, прирожденные эксцентрики.
Однако, формула обретает популярность, в работах голландца Хендрика Лоренца обзаводится математическим обоснованием; пока, наконец, на нее не обращает внимание немецкий (затем швейцарский) подданный Альберт Эйнштейн. Она вполне годится для созданной им Специальной Теории Относительности (СТО). В 1905 году журнал «Анналы физики» публикует работу малоизвестного доселе клерка Патентного бюро «К электродинамике движущихся тел». И, так или иначе, довольно скоро данное соотношение именуется «уравнение Эйнштейна».
Теория Относительности призвана решить два существенных вопроса. Первый – наблюдающееся экспериментально, в том числе и совершенно ничем не вооруженным глазом, постоянство скорости света (С). Второй – формулы Максвелла не предполагают относительное движение источника и приемника электромагнитных волн. Иначе эти «божественные» соотношения невообразимо искажаются и теряют всякий смысл.
Во Вселенной полно стремительно движущихся предметов, это положение вещей никак не вписывается в уравнения Максвелла, что же делать? СТО решает эту задачу, оперируя такими новыми понятиями как «искривление пространства», «изменение хода времени» и также, «искажение размеров движущихся тел». Материальные объекты имеют не нулевую скорость, и в то же время как бы стоят на месте (совершают пренебрежимо медленные взаимные перемещения). Таким образом, свет летящих относительно нашей Земли, а также вращающихся вокруг своей оси звезд, не может быть ускорен или замедлен движением данного источника. В противном случае мы видели бы ночью на небе не россыпь светящихся точек, а размытые линии.
СТО решает и еще один важный вопрос. Что происходит с квантом, иначе фотоном, частицей света, испущенным в сторону наблюдателя источником, движущимся от последнего со скоростью, практически равной С? Не зная о СТО, мы могли бы предположить, что свет замирает в пространстве, становится некоей, подобной обычному атому корпускулой – которую можно рассмотреть под электронным микроскопом, может быть, использовать в построении неких особенных молекул, и так далее. Теория Относительности показывает; фотон остается фотоном, летящим с С, хотя и изменившим длину своей волны. Так, в общем, все и происходит на самом деле. Стоит добавить; в современных представлениях квант видимого света представляет собой нечто наподобие волнующейся ниточки, длиной метра три, непременно пребывающей в движении. При поглощении фотон сворачивается в крошечный «клубок». Свет, то-есть, квант не имеет массы покоя, но, тем не менее, подчиняется силам гравитации. При поглощении, иначе говоря, остановке, эта частица, как и все прочие, прибавляет своему приемнику «тяжести».
Фотон принадлежит к бозонам – микрочастицам с целым спином (наглядно определяемым примерно как «момент вращения»), способным собираться вместе. Все атомы Периодической Таблицы – фермионы, частицы с полуцелым спином, со времен творения Вселенной подчиненные запрету на нахождение в некоей малой области пространства – в том случае, если они абсолютно равны по своим энергетическим состояниям.
…С появлением, в начале 20 века, квантовой механики, наглядность физических процессов отходит далеко на второй, третий, может быть даже, никакой план. На первом месте в физике – мощнейший, закрытый для всех непосвященных математический аппарат, действительно, способный описывать некоторые процессы – но никак и ничем их не объяснять. Один из результатов такого status quo – современная теория строения материи. Простейший атом – атом водорода, состоит из протона, «прилипшего» к нему нейтрона и, кружащего вокруг этой конструкции, электрона. Собственно, такая наглядная модель, представляющая электрон подобием планеты, координаты которой вполне поддаются вычислению, хотя и присутствует в учебниках, но уступает постепенно формулам, представляющим частицы некоей «волновой функцией». Точные измерения, определение «внешнего вида» атомной структуры, координат и скорости невозможны принципиально. Остаются только вероятности появления чего-либо. Цитируем катехизис физиков школы «копенгагенской интерпретации» квантовой механики: «…плотность вероятности нахождения частицы в данной точке конфигурационного пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении».
Протон, нейтрон и другие субквантовые частицы состоят из кварков. В свое время теория кварков создавалась американцами М. Гелл-Манном и (независимо, в одном и том же, 1964 году) Дж. Цвейгом специально для того, чтобы свести все разнообразие микрочастиц к одному единственному виду изначальных, бесструктурных фундаментальных «кирпичиков» материи. Дело хорошее. Но уже очень скоро обнаруживается, что кварков существует 6 видов (или, иначе, «ароматов») – т.н. нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный, истинный. Они имеют электрический заряд – треть электронного, или же кратный ему. Существует цветной заряд – «красный», «зеленый» и «синий». Так, например, протон образуют три кварка, два из которых одинаковые. Чтобы преодолеть некое специфическое расталкивание (согласно принципу Паули два одинаковых объекта не могут соседствовать друг с другом) кварки имеют обязательно разный цвет. Вместе они образуют «белую» частицу.
Имеются также и три «антицвета», и «поколения» кварков.
Кварки соединяются посредством обмена между собой еще одним видом частиц – глюонами, носителями, между прочим, цветового заряда. Их насчитывается шесть или восемь видов.
В компании кварков, на законных основаниях присутствуют предложенные Л. Розенфельдом в 1948 году лептоны. К этим фундаментальным частицам, в частности, принадлежат некоторые виды (практически неуловимого) нейтрино. Как ни странно, «кирпичики» материи, например, тау-лептон, способны «весить» в два раза больше сложносоставного протона. Согласно квантовой теории поля, математический аппарат которой просто не поддается осмыслению обыкновенным человеком, любое взаимодействие – электромагнитное, сильное (между кварками, также нейтронами и протонами в ядре атома), слабое, ответственное за некоторые виды распадов атомных ядер – осуществляется также частицами; причем последние могут иметь энергию, т.е., массу, значительно превышающую массу объектов склеивания. Еще один вид фундаментального взаимодействия, пятый, появившийся сравнительно недавно, с пуском в строй БАКа – Большого Адронного Коллайдера – так называемое поле Хиггса. Переносчик взаимодействия в нем – бозон Хиггса (хиггсон, по имени теоретика, Питера Хиггса) обнаружен 4 июля 2012 года в уже упомянутом БАКе. Имеет он энергию 125 гигаэлектронвольт, что, заметим, примерно в 130 раз выше массы протона. Образуется этот хиггсон при слиянии двух глюонов. Взаимодействуя с данным бозоном, все элементарные частицы, каким-то особым образом приобретают свою инертную массу.
В квантовую механику не втискивается гравитация. Собственно, здесь уже основательно поработал А. Эйнштейн, и его многочисленные последователи. СТО и ОТО (Общая Теория Гравитации) имеют свой собственный грандиозный математический лес. Грубо говоря, у Эйнштейна причина взаимодействия – искривленное пространство, а в квантовой механике – определенные микрочастицы. Для того, чтобы сблизить две теории, необходимо (уместно слово «наверное») квантовать пространство, представить его, может быть, некими миниатюрными клубочками. На расстояниях, сравнимых с диаметром атомного ядра частицы - переносчики взаимодействий вполне себе вообразимы. Но как же представить связь планет, звезд, галактик микроскопическими частицами в необозримых пространствах Космоса?
Непосвященному может показаться, что некие ученые-теоретики просто выбивают у народа средства для обеспечения себя и своих семей, создания условий непыльной почетной работы – результаты которой все равно никому не понятны. Но, во всяком случае, ясно, что существуют еще и практики.
…В 1986 году французский физик Анри Беккерель обнаруживает, что соли урана засвечивают обернутую в непрозрачный материал фотопластинку. Выясняется; некоторые атомы имеют не вполне совершенную конструкцию. Они могут взрываться – сами, или в результате сравнительно слабого воздействия извне.
То, что взрывается, плохо это или хорошо, – вызывает особый интерес у маленьких мальчиков, мужчин и правительств государств. Научные лаборатории по всей планете, тайно или явно, разворачивают исследования радиоактивных материалов. В 1936 г. сотрудники Института химии им. Кайзера Вильгельма (Германия) О.Ган и Ф. Штрассман обнаруживают индуцированное облучением нейтронами, деление ядер урана. Датский физик Нильс Бор развивает теорию и, выступая на международном конгрессе ученых в США, популяризует произошедшее открытие. В 1943 году, из оккупированной нацистами Дании, Бор тайно переправляется – сначала на лодке, затем на бомбардировщике – в Англию, затем в Штаты, где вместе с Робертом Оппенгеймером, крупным американским физиком, работает над созданием атомной бомбы. Возглавляет проект «Манхэттен», надо сказать, бригадный генерал Лесли Гровс, военный, способный определять приоритеты, организовывать снабжение, охрану – и правильно общаться с таким непростым контингентом как великие ученые.
В Германии над подобным проектом работают всего 70-100 физиков, при общем недостатке финансирования и децентрализованном руководстве. Кажется, они просто стесняются, с некоей безоглядной армейской решительностью, требовать для своей работы достаточное количество материалов и денег.
Кроме того, Вальтер Боте, известный немецкий физик, проводя единственный эксперимент по определению свойств графита, как возможного замедлителя нейтронов, совершает серьезную ошибку. Данный, дешевый, весьма доступный материал, им отвергается. В качестве замедлителя, выводящего уровень энергии нейтронов на резонансную частоту деления ядер урана 235 предлагается крайне дорогой оксид дейтерия («тяжелая вода»). Помимо дороговизны и сложности, этот выбор предполагает создание либо огромной стационарной ядерной бомбы, либо атомного реактора – всего лишь для нужд германской энергетики.
…Первая американская атомная бомба «Gadget» взрывается 16 июля 1945 года в пустыне штата Нью-Мексико. Перед тем некоторые ученые высказывали опасения, что высочайшие температура и радиация способны вызвать цепную реакцию в почве, по всему объему Земли, но все, как видите, обошлось…
Первая в мире промышленная атомная электростанция – Обнинская АЭС, мощностью 5 МВт, введена в эксплуатацию в 1954 году, выведена в апреле 2002 г. С 1956 г. (время «хрущевской оттепели») является открытой для экскурсантов советских (российских) и зарубежных делегаций.
…Разрабатывается ли сейчас какой-либо особый источник энергии, способный подвинуть человечество к новым захватывающим высотам и падениям? Об этом мне мало известно. Люди повсеместно заняты Интернетом – ресурсом, отвлекающим душевные силы на рекламу, развлекательные фильмы и всевозможные, ничего для развития ума не дающие игры.
Полный объем Литрес История почти Всего-1