Чтение онлайн

Аналогично нуклонам, сцепляются и другие частицы, имеющие кристаллическое строение и крепящиеся друг к другу электронами, встающими напротив позитронов, как детали детского конструктора, с их крепёжными выступами и впадинами, расположенными в шахматном порядке. Интересно, что похожую механико-геометрическую теорию связи микрочастиц, сцепленных плоскими гранями тем прочней, чем больше площадь их контакта (а значит, число Nобразующих грани зарядов), ещё в середине XVIII века развивал М.В. Ломоносов. Впрочем, поверхности, которыми соприкасаются нуклоны, — это не всегда плоские грани, ибо они могут иметь и более сложную, уступчатую форму, с крупными выступами и впадинами, входящими друг в друга как элементы паззла. В этом случае, площадь контакта частиц и число связей Nзарядов — увеличены, отчего увеличена прочность связи. Этим можно объяснить, почему некоторые сочетания нуклонов особенно прочны и стабильны (вспомним магические числа нуклонов, § 3.6), что происходит, когда при соединении они образуют наиболее правильное, законченное и симметричное тело с минимумом выступов, а, значит, — минимумом потенциальной энергии (отсюда же — симметричные плоские грани кристаллов). Так, особенно устойчиво сочетание двух протонов и двух нейтронов (альфа-частица, или ядро гелия), что легко объяснимо, если каждый их выступ прочно удерживается в ответной впадине, образуя укомплектованную частицу, подобно тому, как четыре элемента на эмблеме "Microsoft Office" составляют законченный паззл в виде ровного квадрата.

Как видим, кристаллическая, бипирамидальная модель ядра не только наиболее проста и естественна, с точки зрения идентичности атомов, но и приводит к изящному объяснению ядерных сил и характера их изменения с расстоянием. Без упорядоченной кристаллической структуры атома и ядра невозможно понять природу оболочек, уровней и спектров. И, вполне закономерно, что известные учёные И. Курчатов и П. Кюри, заложившие фундамент ядерной физики у нас и за рубежом, пришли в эту область не из квантовой физики, а из физики кристаллов, которым посвящены их ранние исследования. Конечно, отчасти квантовая физика справедлива в том, что в микромире есть дискретность, но суть её не в дискретности энергии (кванты), а в дискретности материи, атома, ядра, построенных из упорядоченно, периодично расположенных частиц. Это — истинно атомистический подход. В физике вообще только два пути: один — атомистика, а всё прочее — мистика (§ 5.14). К мистике относится и квантовая механика, и теория относительности, наделяющая пустое пространство свойствами. Согласно же атомистике в мире нет ничего, кроме пустоты, — пустого пространства, не имеющего свойств, и движущихся частиц и тел, наполняющих эту пустоту и подчиняющихся законам механики. Этот принцип постройки справедлив на всех этажах мироздания. Любое тело — это набор частиц, любой процесс, воздействие — это движение частиц, любая энергия — это кинетическая энергия частиц. Мир устроен предельно просто и гармонично!

Современные физики не считают чем-то удивительным появление и исчезновение массы в ядерных реакциях: такая возможность непосредственно следует из теории относительности. Однако, как открыл ещё Демокрит, обосновал Ломоносов, и, как было показано в § 1.16, вопреки СТО, во всех реакциях масса сохраняется. Если мы не видим, куда она уходит, или откуда берётся, это не значит, что она исчезла или возникла из пустоты, из энергии. Так, и в химии прежде верили, что масса исчезает и рождается, не замечая, как она утекает или поступает в форме невидимых газообразных продуктов. Например, при нагреве свинцового прутка, его масса — растёт. Учёные трактовали это так, будто тепло (теплород или флогистон), поступившее в свинец, преобразовалось в массу, отчего вес прутка вырос. И лишь М.В. Ломоносов доказал, что рост массы свинца вызван поглощением частиц кислорода O из воздуха [84]. Соединяясь со свинцом и образуя окалину (окисел), частицы наращивают вес прутка. Если нагреть свинец в запаянной колбе, то, хотя вес прутка и вырастет, вес колбы не изменится: поглощённый свинцом кислород поступил из воздуха, который стал легче, а общий вес прутка и воздуха в колбе останется прежним. Открытый Ломоносовым закон сохранения массы справедлив всегда и всюду. Но современные алхимики, — физики-ядерщики, забыв уроки Ломоносова, снова стали верить, что масса рождается из энергии и исчезает, обратившись в энергию (этот современный аналог теплорода, флогистона), вместо того, чтобы, припомнив уроки истории, поискать пропавшую массу в неуловимых нейтральных частицах. Ведь сами учёные — признают их реальность, но считают эти частицы невесомыми нейтрино, а не частицами с массой равной исчезнувшей (§ 3.15).

Ломоносов своим изречением утвердил и закон сохранения энергии, указав, что энергия — это не абстрактная субстанция (типа флогистона, теплорода), а движение, которое передаётся от одних тел другим, не исчезая и не возникая. Если масса — это мера количества материи, то энергия — мера движения материи. Ломоносов первым понял, что все виды энергии сводятся к кинетической энергии частиц и интерпретировал тепловую энергию, как хаотичное движение атомов [84]. В СТО законы сохранения массы, энергии отвергаются и заменяются законом превращения массы в энергию, чем объясняют энерговыделение в ядерных реакциях. Будто, если б СТО не работала, не могли бы работать и атомные станции, бомбы.

Это в корне неверно. Возникшая в ядерных реакциях энергия это не энергия уничтожения массы, а освобождённая внутренняя энергия связи составляющих частей ядра или элементарной частицы. Ядерные реакции подобны химическим, суть которых в соединении или распаде частиц вещества с отдачей или поглощением энергии связи в виде тепла, излучения. Исходная энергия реагентов превосходит суммарную внутреннюю энергию продуктов реакции, — эта разница в полном согласии с законом сохранения и выделяется. Рассмотрим, к примеру, откуда берётся энергия в реакции деления урана. Когда ядро урана раскалывается пополам, его положительно заряженные осколки, расталкиваемые силой Кулона, получают огромные скорости. Внутренняя энергия ядра (по сути, энергия электрического поля) преобразуется в кинетическую энергию частиц-осколков, — в тепло. Вылетающие из ядер осколки, в том числе нейтроны, ударяя в другие ядра, заставляют их делиться. Так возникает цепная ядерная реакция, отдающая энергию в виде ядерного взрыва или спокойного горения в ядерных печах-реакторах.

К реакциям деления ядер можно отнести и -распад (выброс ядром -частицы — ядра гелия). Выясним природу энергии этих реакций на примере -распада урана: 234U -> 230Th + 4He. Отделившееся ядро гелия He разгоняется кулоновским отталкиванием ядра тория Th (Рис. 128). Полученная He кинетическая энергия равна энергии Eэлектрического взаимодействия ядер He и Th на расстоянии, равном радиусу Rядра Th. По мере удаления -частицы, эта потенциальная энергия Eпереходит в кинетическую — в энергию ядерной реакции. Энергия

E=q 1 q 2/4 0 R,

где q 1=2 e— заряд ядра He, q 2=90 e— заряд ядра Th. Отсюда

E=45 e 2/ 0 R(Дж)=45 e/ 0 R(эВ).

Подставив R=10 – 14м, получим E=26 МэВ. Реальная же энергия этого и других -распадов составляет около 5 МэВ, — в пять раз меньше, что считают доказательством неприменимости классической теории явления [135]. Но это несоответствие можно объяснить, во-первых, неточностью принятого значения R. Во-вторых, мы не учли ядерные силы, которые, притягивая и тормозя ядро гелия, снижают его энергию. В любом случае, кулоновское отталкивание вполне достаточно для придания ядрам энергии без её нелепого преобразования из массы.

Ядерные реакции деления сходны с химическими. Взять, к примеру, взрывчатые вещества, — нитроглицерин, гексоген, тротил. При делении их молекул выделяется много газа, — оксида азота. Его резкое расширение и создаёт эффект взрыва. Запущенная реакция идёт сама по себе: молекулы оксида азота, ударяя в другие молекулы, ведут к их распаду. То есть, и здесь идёт цепная реакция деления, в которой скрытая внутренняя энергия молекул преобразуется в энергию взрыва. Говорить о выделении энергии из массы в ядерном взрыве столь же глупо, как в обычном взрыве бомбы, выделяющей энергию и обращающейся в "ничто". И там, и там потеря массы — мнимая: масса не исчезает, а лишь уходит с невидимыми продуктами реакции. В химической реакции — это молекулы газа, а в ядерной — лёгкие, нейтральные, трудноуловимые частицы. Таковы не только реакции взрыва, но и реакции ядерного, химического горения. Химическое топливо (дрова), по мере сгорания в печи, "испаряется", переходя в газообразное состояние и оставляя лишь лёгкую золу. Так же, постепенно выгорает, теряя массу, и ядерное топливо в реакторах. В обоих случаях масса не исчезает, а уносится частицами. Нехватка, дефект масс возник лишь в головах физиков, поверивших в СТО. О растворении, испарении материи в ядерных реакциях говорили в своих работах ещё Циолковский и Тесла [110, 159], опять же, подразумевая под этим не пропажу массы, а, подобно физико-химическому растворению, — распад материи до микрочастиц. Недаром и открыты, исследованы были ядерные реакции без помощи СТО и её формулы E=mc 2[111, 139]. А первые физики-ядерщики, в том числе Э. Резерфорд и Ф. Содди, считали теорию относительности бессмысленной и ненужной в их исследованиях.

Рассмотрим теперь реакции синтеза. В них тоже нет сверхъестественной пропажи массы и рождения из неё энергии. К таким реакциям отнесём и аннигиляцию электрона с позитроном. Те, как выяснили выше, не исчезают, а образуют частицу массы 2 me. Выделяемая в виде -излучения энергия — это энергия электрического поля (работа кулоновской силы притяжения), освобождённая при сближения частиц (§ 1.16). Другой пример — слияние ядер дейтерия и трития, с образованием ядра гелия и нейтрона (Рис. 129). И тут энергия выделяется так же, как в реакциях химического синтеза. Скажем, при взрыве гремучего газа (смеси водорода и кислорода) атомы H и O сливаются воедино, образуя молекулу воды, с выделением внутренней энергии в виде взрыва. Аналогично и в реакции синтеза гелия в водородной бомбе выходит скрытая внутренняя энергия электрического слияния ядер водорода. При этом, реагентам необходимо прежде сообщить начальную, запальную энергию. В химии эта энергия называется "энергией активации". Такая же энергия активации есть и в реакциях ядерного синтеза: чтобы ядра водорода слились, и в игру вступили ядерные силы, ядра должны сойтись, преодолев кулоновское отталкивание. Для этого в ядерных снарядах водородное горючее "поджигается" запальным распадом плутония или урана. Подобный запал (детонатор с гремучей ртутью) есть и в обычных снарядах с химической взрывчаткой.

Таким образом, аналогия химических и ядерных реакций — полная. Однако, если в реакциях распада энергия выделяется в виде кинетической энергии разлетающихся осколков ядра (разогнанных полем кулоновского отталкивания), а в реакциях аннигиляции — в виде энергии -излучения (преобразованной энергии электрического притяжения e-и e+), то откуда же берётся энергия в реакциях синтеза? Ведь ядра заряжены положительно и отталкиваются: их сближение требует затрат энергии. Не зря, реакции синтеза идут не спонтанно, а — лишь при нагреве до высоких температур, дабы ядра, обладая достаточной кинетической энергией, могли сойтись. Лишь на расстояниях, порядка 10 – 15м, в игру вступают ядерные, притягивающие силы, превышающие силы кулоновского отталкивания. Эти быстро спадающие с удалением силы — тоже электрической природы (§ 3.12). Поэтому, выделяемая при сближении в поле этих сил энергия — это тоже энергия электрического поля, а, в конечном счёте, кинетическая энергия реонов, — частиц-переносчиков электрического воздействия (§ 1.14).