Все не так просто

Твердые тела могут разрушаться, а под воздействием внешних условий менять не только свои свойства, но и форму. Но это не мешает ощущению того, что именно твердое тело - символ устойчивости, неподвижности.

Неизменность твердых тел особенно отчетливо видна при сравнении с биологическими объектами. А ведь и растения, и животные, и мы сами - все, что составляет живую природу, построено из тех же молекул, атомов, ионов, из которых построены твердые тела. В чем же причина такого разительного отличия?

Рассказ об этом должен составить содержание другой статьи.

Но прежде чем расстаться, хочется обратить внимание на некоторое сходство между живой и неживой природой. Повторим: объекты живой природы построены из тех же первичных элементов, что и объекты неживой природы. Какой бы из биологических объектов мы ни разложили на составные части, "по пути" встретив удивительные конструкции, совершенно непохожие на те, из которых построены твердые тела, мы в конечном итоге дойдем до протонов, нейтронов и электронов.

Более того, "спускаясь" от биологического уровня до физико-химического, исследуя процессы на молекулярно-атомном уровне, мы убеждаемся, что там справедливы те же законы, что и в мире неживой природы. Нет каких-то особых сил, действующих между атомами и молекулам и в недрах живого организма. Это все те же силы притяжения и отталкивания между электрическими зарядами. Конечно, при этом необходимо учитывать, во-первых, структуру изучаемых молекул и, во-вторых, все те ограничения, которые "навязывает" квантовая механика (в частности, принцип Паули).

Вернемся к росту кристаллов. Предположим, в насыщенный раствор поваренной соли опустили миниатюрный кристаллик NaCl. Из раствора начнет расти ее кристалл. Он будет строиться по плану, который зафиксирован в зародыше - кристаллике NaCl. При таком описании рост кристалла напоминает рост биологического организма, план которого заключен в его зародыше. Только план в зародыше неизмеримо сложнее того, который содержит кристаллик поваренной соли. Вот почему этот заключительный раздел назван: "ВСЕ НЕ ТАК ПРОСТО".

*

Рассказал все, что хотел рассказать. Твердые тела встречаются на каждом шагу. Физика твердого тела своими результатами питает многие отрасли техники. Множество открытий в физике твердого тела сделаны в поисках необходимых технике материалов и свойств. Вполне земная наука.

Зачем же я приглашал вглядеться в звездное небо? Из электронов, протонов и нейтронов построены отнюдь не только земные объекты. Все бесчисленные миры: наши соседи (Луна, планеты, Солнце), другие звезды - все они тоже построены из тех же трех частиц. И, похоже, подчиняются тем законам, которые открыты нами, разумными существами на малютке Земле.

Откуда нам это известно? Конечно, мы можем взять пробы только с самых ближайших соседей по пространству. Изредка прилетают и не сгорают в земной атмосфере метеориты. Любые образцы, попадающие в руки экспериментаторов, подтверждают наше убеждение. Но главное не в этом.

Наблюдения над различными космическими объектами ставило и ставит перед астрофизиками множество задач. Не все они решены, всегда, в любой области развивающейся науки есть задачи, ожидающие своего решения. Но все задачи, которые удалось решить, решены, не выходя за пределы земной физики, если под этим понимать утверждение об электронах, протонах и нейтронах как о строительном материале макроскопических тел и о том, что они подчиняются законам, открытым на Земле.

Как уже говорилось, существует более трехсот элементарных частиц. По ходу нашего рассказа кроме электронов, протонов и нейтронов мы упомянули только фотоны, p-мезоны и нейтрино. Говоря об окружающем нас космическом пространстве, следует подчеркнуть, что многие элементарные частицы были обнаружены в составе космических лучей - потоков частиц, прилетающих на Землю из глубин космоса. По-видимому, их роль во Вселенной велика, но какова точно, неизвестно. Мы знаем только, что в строении макроскопических тел роли они не играют. Но хочется все же узнать, что представляют собой те кирпичи, из которых все построено. А как только мы пытаемся понять структуру нуклонов, без полного набора элементарных частиц не обойтись. Дают о себе знать и кварки - частицы, которых нет в свободном состоянии. Возможно, открыв кварки, физика дошла до предела? Не знаю…

И самое последнее.

Восхищение и объяснение плохо уживаются. Объяснив, как бы ликвидируешь восхищение. Очень хочется, чтобы, поняв в общих чертах принципы устройства всего на свете, вы не потеряли способность восхищаться тем, что для создания всего этого баснословного разнообразия достаточно лишь трех типов частиц - электронов, протонов и нейтронов. "Подумаешь, - скажет скептик, - с помощью двух значков (нуля и единицы) можно закодировать любой текст: скучную инструкцию и прекрасную поэму". Правильно! Но текст, а также любое устройство кто-то создал. Когда кто-то создает уникальную машину или гениальную поэму, он, несомненно, заслуживает восхищения. Но восхищение вызывает и природа, естественным путем создавшая бесконечное многообразие из электронов, протонов и нейтронов.