Материя исчезла что значит
Куда исчезла материя
В редакцию пришло письмо. Вернее, пришло оно лично автору на фейсбук (не поверите, но такое бывает: журналисты не всегда придумывают читательские письма из головы, иногда их придумывают сами читатели). В письме поставлен прямой вопрос: «Как все это понять?!» И дана ссылка на статью со странным названием: «Астрофизики: недостающая половина материи во Вселенной состоит из барионов». А в самой статье все еще страннее: ученые, написано там, «заявили о присутствии во Вселенной особых частиц — барионов», и еще там «в космическом пространстве появляются пятна тумана». Сама заметка совсем небольшая, но с первых слов завораживает каким-то эпическим, баснословным, доселе невиданным невежеством.
И это прекрасный повод, чтобы рассказать нашим читателям о работе астрофизиков из Эдинбурга, которая, видимо, и вдохновила наших уважаемых коллег на слоновий танец в лавке непонятных слов. Эта работа имеет отношение к тайне пропавшей материи.
Если верить физикам, в природе все логично и соразмерно. Например, во Вселенной есть ровно столько материи, чтобы ее тяготение делало пространство не замкнутым и не выгнутым, а абсолютно плоским. При этом та материя, которую мы можем видеть, составляет лишь небольшую долю всего этого добра. Эту материю называют «барионной» (барионы — то, что находится в ядрах атомов и придает им почти всю массу, то есть протоны и нейтроны). Когда в ХХ веке физики начали составлять баланс материи во Вселенной, то поняли, что барионной материи слишком мало, чтобы сделать наш мир плоским. Сперва стало понятно, что есть еще и другая материя, «темная», невидимая нам, поскольку она состоит из частиц, которые ни с чем не взаимодействуют, но притягивают все остальное силой гравитации. При всей своей темности, это обычная материя, просто состоящая из неких доныне неведомых частиц. Потом оказалось, что есть еще и совсем необычная материя, которая и не материя вовсе, а просто свойство пустого пространства. Ее назвали «темной энергией», и она, в отличие от всего остального в этом мире, не скручивает пространство вокруг себя, а наоборот, распихивает его, ускоряя его расширение. Когда физики сложили все эти материи и лжематерии, получилось, что в мире действительно ровно столько всякой всячины, чтобы он оставался плоским.
Предполагается, что много материи болтается между галактиками в виде разреженного ионизированного газа. Он очень разрежен, но при этом весьма горяч, так что его видно в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазоне
Как ни странно, главный дефицит баланса обнаружился там, где его никто не ждал. Сюрприз преподнесла старая добрая барионная материя. Дело в том, что физики точно знают, сколько ее должно быть, чтобы Вселенная оставалась плоской — примерно 5% от всего, что есть в этом мире. Именно столько, согласно расчетам, ядер водорода и гелия образовалось в первые двадцать минут после Большого взрыва, так что здесь все сходится. Но где сейчас все это добро? В звездах и галактиках из этих 5% заключено не более одной десятой. Предполагается, что много материи болтается между галактиками в виде разреженного ионизированного газа. Он очень разрежен, но при этом весьма горяч, так что его видно в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазоне (например, с помощью телескопа Hubble). Но даже всего этого видимого газа никак не хватает, чтобы свести концы с концами: еще треть, а то и половина материи остается неохваченной.
Можно представить себе злость и раздражение физиков. Сперва оказывается, что большая часть материи — непонятное темное черт знает что, потом выясняется, что большая часть всего, что есть во Вселенной, — даже и не эта материя вовсе, а еще более непонятная темная энергия. И наконец, последний сюрприз: самой простой и понятной барионной материи не хватает даже на те жалкие 5%, сколько ее нужно, чтобы картина природы не расползлась по швам.
Эту задачку и попытались решить шотландские астрофизики. Они предположили, что основная часть внегалактической материи может заключаться в гигантских космических нитях — паутине газа, тянущейся от галактики к галактике. О том, как выглядит эта паутинная структура, мы как-то писали на нашем сайте; это же можно наглядно увидеть в красивом ролике.
Но как понять, сколько там, в этих межгалактических нитях, есть вещества? Способ есть, хоть и непростой. Весь космос, если вы не знали, пронизан «реликтовым излучением» — отблеском Большого взрыва. Фотоны, оставшиеся от взрыва, летели через космос с тех самых пор, а космос тем временем расширялся, длины волн излучения растягивались, оно остывало, пока не остыло до смехотворной температуры 2,7 градуса выше абсолютного ноля. Это настолько холодно, что такие фотоны способно нагреть буквально что угодно, в том числе и редкие взаимодействия с электронами в межгалактическом газе. Это на самом деле не просто фантазирование на пальцах, а явление, известное с 1969 года: эффект Сюняева — Зельдовича. Фотоны нагреваются всего-то на стотысячную долю процента, но шотландцы придумали, как поймать этот эффект. Им пришлось для этого суммировать данные для миллиона пар галактик, но в результате стало ясно, сколько именно между этими галактиками есть барионной материи, способной чуть согреть замерзающие фотоны. Ее в межгалактических волокнах хоть и не много, но все же в шесть раз больше, чем в среднем во внегалактическом пространстве. И значит, дефицит материи объяснен. ну не совсем, но его удалось снизить на 30%, и это немало. В будущем, надо надеяться, найдут и остальное, раз процесс, как говорится, пошел.
Если, конечно, статьи невежественных лжепопуляризаторов не отобьют у человечества всякую охоту к дальнейшему познанию мира; такой исход мы тоже не можем исключать.
Примечание: популярное изложение работы можно найти здесь. Между тем другая работа на эту тему, с теми же результатами, но меньшим объемом данных, была опубликована чуть раньше канадскими исследователями; вот она.
Материя исчезает?
Материализм и идеализм различаются тем или иным решением вопроса об источнике нашего познания, об отношении познания (и «психического» вообще) к физическому миру, а вопрос о строении материи, об атомах и электронах есть вопрос, касающийся только этого «физического мира».
Когда физики говорят: «материя исчезает», они хотят этим сказать, что до сих пор естествознание приводило все свои исследования физического мира к трем последним понятиям — материя, электричество, эфир; теперь же остаются только два последние, ибо материю удается свести к электричеству, атом удается объяснить как подобие бесконечно малой солнечной системы, внутри которой вокруг положительного электрона двигаются с определенной (и необъятно громадной, как мы видели) быстротой отрицательные электроны. Вместо десятков элементов удается, следовательно, свести физический мир к двум или трем (поскольку положительный и отрицательный электроны составляют «две материи существенно различные», как говорит физик Пелла, — Rey, l.с., p. 294-295 ). Естествознание ведет, следовательно, к «единству материи» (там же) — вот действительное содержание той фразы об исчезновении материи, о замене материи электричеством и т.д., которая сбивает с толку столь многих. «Материя исчезает» — это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными (непроницаемость, инерция, масса и т.п.) и которые теперь обнаруживаются, как относительные, присущие только некоторым состояниям материи. Ибо единственное «свойство» материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания.
Ошибка махизма вообще и махистской новой физики состоит в том, что игнорируется эта основа философского материализма и различие материализма метафизического от материализма диалектического. Признание каких-либо неизменных элементов, «неизменной сущности вещей» и т.п. не есть материализм, а есть метафизический, т.е. антидиалектический материализм. Поэтому И.Дицген подчеркивал, что «объект науки бесконечен», что неизмеримым, непознаваемым до конца, неисчерпаемым является не только бесконечное, но и «самый маленький атом», ибо «природа во всех своих частях без начала и без конца» («Kleinere philosophische Schriften», S. 229-230 ). Поэтому Энгельс приводил свой пример с открытием ализарина в каменноугольном дегте и критиковал механический материализм. Чтобы поставить вопрос с единственно правильной, т.е. диалектически-материалистической, точки зрения, надо спросить: существуют ли электроны, эфир и так далее вне человеческого сознания, как объективная реальность или нет? На этот вопрос естествоиспытатели так же без колебания должны будут ответить и отвечают постоянно да, как они без колебаний признают существование природы до человека и до органической материи. И этим решается вопрос в пользу материализма, ибо понятие материи, как мы уже говорили, не означает гносеологически ничего иного, кроме как: объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им.
Материя исчезла что значит
МАТЕРИЯ ИСЧЕЗАЕТ.
К концу XIX столетия величайшего расцвета достигла классическая физика, основы которой были в свое время заложены Галилеем и Ньютоном. Ее основные принципы состояли в следующем. Считалось, что любые физические объекты состоят из материальных точек, которые находятся и движутся в неизменном «вместилище» — абсолютном пространстве, и что существует абсолютное время, одинаковое для всех частей этого пространства. При этом, пространство и время представлялись совершенно независимыми друг от друга, а материальные тела и их движения не оказывающими на свойства пространства и течение времени никакого влияния.
Что же касается материальных точек, то они рассматривались в духе античной атомистики Демокрита как неуничтожимые, неизменные, неделимые и не имеющие внутренней структуры фундаментальные частицы материи, отличающиеся друг от друга только своими массами. С этой точки зрения все бесконечное, качественное многообразие мировых явлений считалось следствием одного лишь различия в характере движения материальных точек. В связи с этим представлялось, что, зная положения и скорости материальных точек, из которых состоит какая-либо материальная система, можно на основании законов движения совершенно точно рассчитать ее прошлые и будущие состояния.
Не случайно один из выдающихся представителей классической физики Пьер Лаплас говорил: «Дайте мне положения и скорости всех частиц в мире, и я рассчитаю его будущее на сколь угодно далекие времена, вплоть до каждого отдельного события». Разумеется, Лаплас прекрасно понимал, что практически такой расчет неосуществим, — он просто в концентрированной форме выразил одну из главных идей классической механики.
Однако по мере развития науки накапливалось все большее количество фактов, свидетельствующих о том, что претензии классической физики на построение всеобъемлющей картины мира, в которой все физические процессы сводятся к чисто механическим явлениям, несостоятельны.
Еще в XIX столетии, в эпоху, когда в науке господствовало представление о неделимых атомах, многие ученые высказывали предположение об их делимости. Эти мысли нашли свое отражение в переписке К. Маркса и Ф. Энгельса, а также в труде Энгельса «Диалектика природы». Создатели диалектического материализма выдвинули гениальную идею о внутренней связи прерывности и непрерывности материи, в частности о том, что атомы не являются пределом делимости материальных тел.
События в физике на рубеже XIX и XX столетий подтвердили справедливость этого предположения. Первым шагом к коренным изменениям существовавших ранее представлений о строении вещества явилось открытие Дж. Дж. Томсоном электрона и А. Беккерелем явления радиоактивного распада.
Дж. Дж. Томсон построил теоретическую модель атома, согласно которой отрицательные электроны плавают в положительно заряженной жидкости. Заинтересовавшись явлением радиоактивного распада, другой английский физик Э. Резерфорд занялся исследованием альфа-частиц, испускаемым при таком распаде. Тогда природа этих частиц представлялась загадочной. Опыты, Проводившиеся в лаборатории Резерфорда, состояли в Том, что поток альфа-частиц пропускался сквозь металлическую фольгу и попадал на флюоресцирующий экран. Таким способом ученый хотел выяснить, отклоняются ли альфа-частицы, проходя через вещество, от своих первоначальных направлений.
Столь явное несоответствие теории и эксперимента, казалось, проще всего объяснить ошибками наблюдений или чисто случайным влиянием каких-то посторонних факторов. Это был «путь наименьшего сопротивления». Однако Резерфорд не пошел по нему. Он провел тщательные расчеты и пришел к заключению, что альфа-частицы отклоняются очень сильным электромагнитным полем. Но столь сильное электромагнитное поле способен создавать лишь заряд, сконцентрированный в очень небольшом объеме. Так, Резерфорд пришел к открытию положительно заряженного атомного ядра — одному из самых величайших открытий, когда-либо совершенных в науке.
В процессе дальнейших исследований существенному пересмотру подверглись и некоторые другие привычные представления классической физики. У многих естествоиспытателей это вызвало немалую растерянность.
Эту задачу гениально решил В. И. Ленин, который не признавал никаких компромиссов в области идеологии. С непоколебимой принципиальностью и последовательностью он отстаивал принципы диалектического мариализма, дал глубокое философское обобщение новейших естественнонаучных открытий своего времени, имеющее огромное значение для правильного понимания всего процесса развития естествознания, путей научного познания окружащего нас мира.
В своей гениальной работе «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин осуществил всесторонний философский анализ революции в физике на рубеже XIX и XX столетий, раскрыл принципиальную сущность новейших физических открытий. Неуклонно и последовательно в жесточайшей борьбе с идеалистами всех мастей он отстоял материалистическое направление в развитии науки, решительно выступил против попыток использовать начавшуюся революцию в естествознании и сопряженную с ней ломку традиционных научных понятий в интересах реакции, искавшей опору в религиозно-идеалистическом мировоззрении. Это имело особо важное принципиальное значение в условиях обострения классовой борьбы, развернувшейся в начале XX века, в канун социалистической революции в России.
В совершенстве владея методологией диалектического материализма, В. И. Ленин не только отстоял материалистические позиции в естествознании, но и вскрыл принципиальную сущность изменений, которые произошли в физике того времени; он убедительно показал, что переломные этапы в развитии естествознания требуют не только интенсивных естественнонаучных исследований, но и глубокого философского осмысления.
В частности, В. И. Ленин подверг уничтожающей критике физических идеалистов, возвещавших об «исчезновении материи». Ход их рассуждений был примерно таков: если наши знания о материи — знания, отлично служившие на протяжении столетий, вдруг оказались несостоятельными, если даже наиболее кардинальные Представления о природе способны изменяться, — это Может означать только одно: никакой материи вообще нет, а существуют лишь наши представления о ней. Так родился миф об «исчезновении материи», грозивший свернуть естествознание на путь идеализма.
Развернутой критике были подвергнуты и представители метафизического материализма, настаивавшие на простой, наглядной, соответствующей повседневному опыту картине мира, которую давала классическая физика. В. И. Ленин дал образец того, как следует с марксистских позиций подходить к оценке фундаментальных научных открытий, к выявлению их философского значения, к критике всякого рода идеалистических и религиозных спекуляций, основанных на фальсификации научных данных.
Революция в физике на рубеже XIX и XX столетий убедительно показала также, что попытки свести все многообразие мировых явлений к какой-либо одной форме движения заранее обречены на провал. Так, например, Д. Максвелл, теоретически исследуя электромагнитные процессы, открыл новый тип фундаментальных законов природы, которые не сводились к механике Ньютона, — законов поведения электромагнитного поля. Дальнейшее развитие электродинамики, возникшей на основе работ Максвелла, побудило некоторых ученых к попыткам создать единую электромагнитную картину мира, согласно которой все события в мире управляются законами электромагнитных взаимодействий.
Если в эпоху расцвета механической картины мира электромагнитные и световые явления старались объяснить механическими процессами в «мировом эфире», то теперь физики-теоретики стали выводить законы движения частиц из электромагнитной теории, а сами частицы вещества рассматривать как «сгустки» электромагнитного поля.
Однако исчерпывающая электромагнитная картина мира оказалась столь же недостижимой, как и механическая. Выяснилось, что уравнения движения частиц, так же как и закон гравитационных взаимодействий, из теории электромагнитного поля получены быть не могут.
Природа оказалась значительно сложнее, чем это представлялось в эпоху открытий в области классической механики и электромагнитной теории. И всего бесконечного многообразия ее процессов не способны охватить ни единый универсальный закон, из которого автоматически вытекали бы все остальные законы природы, ни теория, основанная на описании одной формы движения.
Бессмертна ли материя?
Живые существа смертны. Даже звезды умирают. Тем не менее, говорят, что мы сделаны из звездной пыли. Может ли умереть сама материя?
Материя состоит из атомов, которые сами состоят из ядра, содержащего протоны и нейтроны с вращающимися вокруг него электронами: это область элементарных частиц. Эти частицы не умирают, хотя и могут распадаться. Из 400 или около того известных элементарных частиц только протон, электрон и нейтрино, по-видимому, бессмертны.
В чем разница между смертью и распадом частицы?
К счастью, большинство частиц, протонов и электронов, не распадаются априори. Почему? Это очередное следствие законов сохранения.
Великое объединение предсказывает распад протонов
Все это положило бы конец дискуссии, если бы не было физиков-теоретиков, стремящихся объяснить все физические явления на основе великих принципов. При этом они осмеливаются представить, что протоны смертны.
Одной из первых целей теоретического подхода является унификация сил, т.е. приведение всех известных взаимодействий в единую структуру. Существуют четыре фундаментальные силы: гравитация Ньютона, электромагнитная сила, действующая между заряженными частицами (Максвелл объединил законы электричества и магнетизма в своих уравнениях электромагнетизма), сильная сила, которая скрепляет протоны и нейтроны внутри ядер, и слабая сила, преобладающая для нейтрино. Электромагнитная сила и слабая сила были объединены в 1970-х годах в так называемую «электрослабую» силу, которая была подтверждена экспериментально в 1983 году. Таким образом, теперь существует только три независимые силы (гравитация, сильная сила, электрослабая сила), и вскоре после 1970 года теория заинтересовалась следующим шагом: объединением сильной и электрослабой сил. Новая теория была названа «великим объединением». Единственная загвоздка в том, что это явно нарушает сохранение барионного заряда.
Напомним, что барионный заряд является единственной гарантией бессмертия протонов. В контексте великого объединения это ограничение исчезает, и протон может распадаться, например, на нейтральный пион и позитрон. Если протон распадется, материя может исчезнуть со временем.
Этот процесс трансгрессивен более чем в одном: он не только нарушает барионный заряд, но и преобразует материю (протон) в антиматерию (позитрон), при этом получающийся пион является чистой энергией. Однако позвольте нам успокоиться, теория вычислила продолжительность жизни этого распада протона более 10 31 лет, то есть в триллионы миллиардов раз больше возраста нашей Вселенной, возраст которой составляет 14 миллиардов лет.
Как измерить такую гигантскую продолжительность жизни?
При такой продолжительности жизни только один протон из 10 21 исчез бы со времен Большого взрыва. Для примерно 10 29 протонов, присутствующих в тонне воды, в год распадается менее одного протона.
При распаде протона образуются позитрон и нейтральный пион; освобожденный пион быстро превращается в 2 фотона. Энергии достаточно, чтобы вызвать эффект Черенкова: в резервуар с водой детектора излучается световой сигнал, который может быть обнаружен. Этот метод позволяет с большой эффективностью искать предполагаемый процесс распада протонов. Однако, после нескольких лет тщательного изучения, никакого распада не наблюдалось, что привело к ограничению времени жизни протона в 10 34 года. Таким образом, мы знаем, что после Большого взрыва из 10 000 миллиардов миллиардов звезд, населяющих небосвод, исчезла менее доли звезды, иными словами, почти ничего.
Таким образом, в масштабах Вселенной кажется, что протон бессмертен, и поэтому в нашем мире не будет недостатка материи для его создания. Что касается электронов, то никто не предполагал, что они могут исчезнуть.
Может ли пространство существовать без материи
Представим себе, что вся материя во Вселенной внезапно исчезла. Останется ли тогда само пространство? Исаак Ньютон в «Математических началах натуральной философии» заявил о существовании так называемого «абсолютного пространства»: согласно его концепции, это нечто вроде трехмерной сети, на которую «проецируются» объекты. Но прав ли великий ученый?
Ведро Ньютона
Современник Ньютона, немецкий математик и философ Готфрид Лейбниц, утверждал, что если убрать из Вселенной все объекты, составляющие ее содержание, пространство больше не будет иметь никакого смысла.
Скажем, в космосе объекты движутся относительно друг друга. Мы измеряем позиции и расстояния в Солнечной системе в зависимости от расположения небесных тел по отношению к Солнцу и другим планетам. То есть пространство — это совокупность различных объектов, а не «абсолютная реальность».
Между тем, сэр Исаак Ньютон наглядно продемонстрировал справедливость своей теории при помощи эксперимента с вращающимся ведром воды, который он подробно описывает в «Математических началах натуральной философии». Возьмем ведро воды, подвешенное за ручку на веревке, и начнем поворачивать его по часовой стрелке. Веревка, конечно, начнет закручиваться. Если же мы отпустим ведро, оно начнет вращаться против часовой стрелки. Сначала оно будет раскручиваться медленно, но затем — все быстрее и быстрее. Вместе с тем поверхность воды постепенно станет принимать вогнутую форму, опадая посередине и вздымаясь у краев. Какое-то время вода будет вращаться вместе с ведром. Наконец, вращение ведра постепенно замедлится, и оно начнет вращаться в другую сторону. Вращение воды тоже остановится, и ее поверхность снова превратится в гладкую…
С точки зрения Ньютона, любопытно было бы ответить на вопрос, что именно заставляет воду у краев ведра подниматься во время вращения ведра. Ученый рассуждал так: это не могло быть движение воды относительно ведра, так как наиболее искривленной поверхность воды становится в тот момент, когда она вращается на высокой скорости «синхронно» с ведром… Хотя нельзя спорить с тем, что и ведро, и вода в нем, в свою очередь, осуществляют вращение относительно Земли. Если провести подобный опыт в космосе, результат будет аналогичным, считал Ньютон.
Если бы Земля остановилась…
В XIX столетии австрийский физик Эрнст Мах выдвинул гипотезу о том, что и движение любых объектов, и явление их инерции можно рассматривать лишь относительно всей остальной материи во Вселенной. В сущности, наша Земля представляет собой только «усложненную версию» ведра Ньютона: за миллиарды лет ее существования она непрерывно вращалась, при этом земной экватор «выпячивался», как и в случае с водой во вращающемся ведре Ньютона. Маха заинтересовало: а если Земля вдруг остановится, при этом все остальные звезды и планеты будут вращаться вокруг нее, останется ли экватор таким же выпуклым?
По Ньютону, без вращения самого объекта это невозможно. Однако Мах считает, что тут все дело в источнике инерции. Если она является следствием массы материи во Вселенной, тогда Земля у экватора останется выпуклой, пока вокруг нее будут вращаться другие тела. Скорее, это близко к теории, предложенной Лейбницем: движение является относительным, а инерция — это мера отношения между конкретным объектом и всей остальной материей, содержащейся во Вселенной. Значит, звезды, галактики и прочие объекты определенным образом воздействуют на форму земного шара, а соответственно, и вогнутую поверхность воды во вращающемся ведре… Правда механизм этого воздействия был неясен и самому Маху. Да и сегодня на него пока нет ответа.
ОТО и физический вакуум
Альберт Эйнштейн позднее ввел в научный обиход словосочетание «принцип Маха» — идею зависимости инерции тела от совокупности всех материальных объектов во Вселенной, которую применил в своей теории общей относительности.
Физик Брайан Грин в книге «Ткань космоса» отмечает, что эйнштейновская теория дает нам взамен абсолютного пространства четырехмерный пространственно-временной континуум, который также имеет свойства абсолюта.
Между тем, Пол Дэвис из Государственного университета Аризоны предположил, что пространство, которое мы считаем «пустым», на самом деле заполнено субатомными частицами, которые непрерывно то образуются, то исчезают… Таким образом, пустота, или вакуум, тоже представляет собой материю. Следовательно, гипотетически пространство может существовать и после исчезновения всех крупных объектов. Впрочем, споры по этому поводу еще не окончены…
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.