(Статья была написана для школьной газеты в 2003.)
1
Человека всегда удивлял окружающий его мир, его загадки. Его до сих пор мучают вопросы: «Как устроена Вселенная? В чём сущность мира? В чём истина?» Эти вопросы всегда будут волновать человека в силу природной потребности к познанию. На протяжении всей истории человечество пыталось ответить на эти и другие подобные вопросы и, так как с научной точки зрения движение к истине бесконечно, эти вопросы никогда не перестанут волновать людей.
С развитием общества люди получали новые знания, которые порой в корне меняли научное представление об устройстве мира. Учёные сегодня могут изучать как макромир – звёздный мир, так и микромир – мир мельчайших частиц. По современным научным представлениям видимая Вселенная имеет очень сложное устройство. Наша планета Земля, на которой мы все живём, является лишь незначительной пылинкой в огромной Вселенной. Земля имеет свой космический спутник – вращающуюся вокруг неё Луну. Девять планет – Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон вместе со своими спутниками, астероидами, метеоритами, кометами и другими космическими телами вращаются вокруг рядовой, по меркам Вселенной, звезды – Солнца. Все они образую планетарную – Солнечную систему. Наша Солнечная система, а также огромное количество звёзд, газа и различных космических тел вращаются вокруг общего центра, образую галактику – Млечный Путь. Млечный Путь – это видимая «с ребра» часть нашей собственной Галактики. Млечный Путь может каждый наблюдать на звёздном небе.
Наша Галактика не единственная во Вселенной – их огромное количество, и все они очень разнообразны по своему составу и структуре. Наша Галактика с её спутниками (Магеллановы Облака и несколько карликовых галактик), Галактики в созвездии Андромеды и Треугольника и ряд других небольших галактик образуют Местное скопление галактик. Было обнаружено огромное количество других скоплений Галактик.
Следующей структурой Вселенной являются скопления скоплений галактик. Подобно тому как существуют наша Солнечная Система, наша Галактика, наша Местная группа галактик, существует, оказывается, наше скопление скоплений галактик, которое называют – Локальное сверхскопление, размеры которого поражают воображение. Его даже можно увидеть в небе с помощью телескопа (или в хороший бинокль) – оно образует второй «Млечный Путь» галактик, который расположен почти перпендикулярно привычному для нас Млечному Пути. «Млечный Путь» галактик – это видимое «с ребра» наше Локальное сверхскопление галактик. Однако существуют другие Сверхскопления, которые уже образуют всю видимую Вселенную, которую называют – Метагалактика. В результате продолжительного сложного изучения звёздного неба было обнаружено, что Сверхскопления галактик располагаются не беспорядочно, а образуют упорядоченную ячеистую структуру Вселенной. При этом Сверхскопления располагаются в местах пересечения стенок ячеек, а внутри ячеек находится пустое пространство. Наглядной моделью пространственной структуры Вселенной могут служить кусок пемзы или пустые пчелиные соты.
2
Человек познавал мир не только вширь, но и вглубь. Оказалось, что мир устроен сложно не только на макромасштабах, но также и на микромасштабах. По современным научным представлениям весь окружающий нас мир состоит из вещества и поля. Ещё древнегреческий учёный Демокрит считал, что вещество состоит из неделимых частиц – атомов. Гораздо позже учёные обнаружили, что вещество состоит из частиц, которые были названы молекулами. В дальнейшем было установлено, что молекулы состоят из более мелких частиц – атомов, которые, в свою очередь, состоят из ядер и электронов. Ядра представляют собой совокупность постоянно превращающихся друг в друга протонов и нейтронов. Учёные стали считать, что кирпичики, из которых состоит Вселенная, – это протоны, нейтроны и электроны. Затем были открыты их античастицы – антипротон, антинейтрон и позитрон (античастица электрона), представляющие собой антивещество. Античастицы совпадают по всем свойствам с обычными частицами, кроме некоторых, например, позитрон во всем похож на электрон, но имеет противоположный заряд – он положительно заряжен.
В дальнейшем в физике элементарных частиц произошёл каскад открытий – было обнаружено огромное количество других элементарных частиц и их античастиц, но позже выяснилось, что не все они истинно элементарные. Считается, что элементарные частицы – это частицы, которые не из чего не состоят, они состоят из самих себя. Учёные создали теорию сильных (ядерных или цветных) взаимодействий, в которой было рассмотрено строение адронов – частиц, участвующих в этих взаимодействиях. Большинство из открытых частиц, в том числе протоны и нейтроны, по этой теории состоят из кварков. Считается, что существует шесть видов кварков, которые различаются по некоторой характеристике, которая была названа цветом. Существует три цвета кварков, которые, конечно же, не имеют ничего общего с обычными цветами, которые воспринимает человеческий глаз. Считается, что сами кварки взаимодействуют посредством особых частиц – глюонов. Кварки не были обнаружены в свободном состоянии, но их существование следует из теории и имеется множество косвенных доказательств их существования. Частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, назвали – лептоны («лёгкие» частицы). Это – электроны, мюоны, тау-частицы, электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также их античастицы. На данный момент к элементарным частицам относят кварки, лептоны и фотон – квант электромагнитного поля, посредством которого происходят электромагнитные взаимодействия.
(Дополнение: к элементарным частицам также относят частицы переносчики сильных взаимодействий – глюоны, переносчики слабых взаимодействий – калибровочные бозоны, и бозон Хиггса.)
Есть точка зрения, согласно которой можно сделать предположение, что самой элементарной частицы в природе не существует. Ведь все частицы взаимодействуют друг с другом посредством более простого уровня. Электроны и ядро в атоме взаимодействуют с помощью электромагнитного поля, протоны и нейтроны в ядре – через более простые частицы, пионы, и так далее. Представим себе такую частицу, которая не из чего не состоит – которая состоит только из самой себя. Во-первых, такая частица не сможет взаимодействовать с подобными частицами, так как взаимодействие может происходить посредством более простых частиц. И, во-вторых, такая частица, не имея никакой внутренней структуры, не может иметь никаких свойств, так как свойства частиц определяются внутренней структурой. Следовательно, такая частица не может существовать. Таким образом, мы приходим к выводу, что частицы должны делиться до бесконечности. Это означает, что в дальнейшем будет выяснено, что частицы, считающиеся на данный момент элементарными, то есть неделимыми, состоят из более мелких частиц.
2003