Чтение онлайн

Перед физиками давно маячило желание создать мощный ускоритель, с помощью которого они могли бы окончательно решить все проблемы элементарных частиц: надо было найти убедительные доказательства Стандартной модели, либо найти ее недостатки, или определить новые направления исследования микромира. В 2008 году запущен самый большой и мощный в мире ускоритель Большой адронный коллайдер (БАК), разгоняющий тяжелые встречные частицы до околосветовой скорости. «Большим» ускоритель назван из-за своих размеров: длина его кольца составляет почти 26 700 м, глубина залегания туннеля от 50 до 175 м; «адронным» – из-за ускорения адронов: протонов и тяжелых частиц; «коллайдером» – из-за того, что два ускоренных встречных пучка сталкиваются внутри детектора частиц. Идея создания БАК появилась еще в 1984 году, а проект на его строительство, разработанный Европейским центром ядерных исследований (CERN), принят в 1995 году.

Вокруг данного проекта было много споров и возражений. Появилась даже группа ученых, подавшая в суд, пытаясь остановить строительство, утверждая, что при работе БАК может появиться антиматерия, которая начнет аннигилировать с материей, начнется цепная реакция, и будет уничтожено все. Или возникнет черная дыра, которая поглотит коллайдер, затем Швейцарию и все остальное. Этими катастрофами, вплоть до апокалипсиса, некоторые ученые пугают до сих пор. Некоторые ученые утверждают, что нет необходимости строить дорогостоящие и массивные ускорители, можно воспользоваться природным аналогом ускорителей частиц, которым являются космические лучи. Физика космических лучей позволяет изучать те же процессы высоких энергий (хотя и не столь мощных) и физику элементарных частиц (зато в натуральных процессах), которую мы изучаем в различных коллайдерах, построенных человеком.

Строительство БАК началось в 2001 году после основательной подготовки. В строительстве и последующих исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран, в том числе 800 ученых из России. Пытался собрать, и подсчитать стоимость строительства и последующей эксплуатации коллайдера не получилось, т. к. достоверной суммы получить не удалось, но это не столь важно, затраты были громадными.

10 сентября 2008 года официально было объявлено о запуске коллайдера. Однако 19 сентября произошла авария, и коллайдер пришлось остановить на ремонт, который занял остаток 2008 и большую часть 2009 года. Со второго пуска коллайдер работал на пониженной энергии, которая со временем постепенно повышалась с 1180 ГэВ до 4 ТэВ. 2013-14 годы практически полностью были заняты модернизацией коллайдера. В 2015 году запуск начался с 6,5 ТэВ и доведен до полной энергии столкновений 13 ТэВ. Ежегодные перерывы зимой производились для сбора и анализа статистики столкновений. В 2018 году коллайдер остановлен на 2 года для модернизации с целью повышения интенсивности пучков и светимости коллайдера. С такой периодичностью модернизаций коллайдер должен проработать до 2034 года. С целью обработки большего объема информации предусмотрено 170 вычислительных центра в 36 странах.

За время работы БАК 2010–2017 годы с указанными перерывами самым знаменитым достижением стало открытие бозона Хиггса, который стали называть «частица Бога». Кроме того были открыты несколько новых частиц, а также на рекордных энергиях столкновений показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов. При запуске в 2020 году предположительно БАК займется поиском темной материи, которая составляет большую часть Вселенной, но точно неизвестно, из чего она состоит.

Все же довольно большей период работы БАК не принес предполагаемого результата и азартные физики стали задумываться не только над модернизацией имеющихся ускорителей, но и над созданием новых, гораздо мощных установок. Проект такого коллайдера предложило в 2012 году Китайское сообщество физики высоких энергий (CEPC), который будет разгонять пучки электронов и позитронов сначала на линейном ускорителе, а затем будет направляться в одно из двух колец, смонтированных в круговом тоннеле длиной около 100 километров. Столкновения частиц будут фиксировать два больших детектора. В мире это восприняли как заявку на лидерство в области физики частиц. В CERN тоже планировали такой же проект.

В России планируется построить современные исследовательские установки в дополнение к зарубежным, – в частности, синхротрон ИССИ-4 в Курчатовском институте и коллайдер тяжелых ионов NICA в ОИЯИ (Дубна).

В настоящее время (начала 21 века) официально принятой считается копенгагенская интерпретация микромира, предложенная в 1927 году, основанная на планетарной модели Резерфорда, подкорректированной Бором, дополненная последующими фантазиями и опытами, полученная в конечном итоге стандартная модель частиц и взаимодействий. Не случайно, с самого начала и до сих пор имеется много альтернативных вариантов. Решил не приводить их, чтобы не загромождать картину, подведу лишь итог, сделанный в своем варианте. Элементарными частицами вполне возможно следует считать долгоживущие, остальные – частицы-осколки, полученные при столкновении на высоких энергиях. Что касается частиц-частиц-взаимодействий, то они аналогичны теплороду, принятого более ранней наукой, как вещество, рождающее тепло, полученное при нагревании тела и передаче его от одного тела другому. Короче необходимо вернуться к началу научных исследований, попытаться понять, что такое электромагнитное явление, сильное, слабое взаимодействия, а новые коллайдеры, не давшие ничего нового, не следует создавать. Все же, если углубляться в элементарные частицы, то классифицировать их надо, прежде всего, используя уровни структурной организации частиц, по принципу атомных уровней, основанных на общей методологии построения единой картины мира. Не собираюсь здесь этого делать по своему усмотрению, как сделано в атомных уровнях, т. к. с частицами дело обстоит гораздо сложнее: нерешенные проблемы современной физики, связанные, прежде всего, с проблемами элементарных частиц, более чем достаточно.

Конечно, спорных вопросов много, один из них: фундаментальная наука не даёт сиюминутной выгоды, но прежде, чем обвинять ее в бессмысленных тратах, следует, оглянуться вокруг, и задумайтесь – кто, благодаря и вопреки чему создал мир вокруг нас, и всё же необходимо оценивать траты и достижения прошлого и в перспективе. Не хотел бы обижать физиков, но правдивость необходима. Численность их велика, работа не пыльная, «кормушка» приличная, звания, премии (нобелевские премии и премии по математике – может, лучше бы их не было). Неоднократно встречаются физики, серьезно пытавшие понять физику микромира, утверждают, что понять квантовую физику и ее математическое обоснование невозможно, а те, кто ее пропагандируют, просто делают вид, что понимают, или внушают себе это, чтобы представляли себя умными, и пока это у них получается, т. к. они возглавляют официальную науку.

Особо следует выделить понятие «кванта», появившееся в 20-е годы XX века, позаимствовано у Макса Планка, который, являясь вначале противником атомной теории, в 1900 году занимался проблемой теплового излучения из так называемого абсолютно черного тела. С большой точностью замерялись изменения интенсивности излучения нагретого тела в зависимости от температуры и длины волны, в результате выведена формула, известная как закон излучения Планка E = hv где Е – энергия, v – частота колебания осциллятора, h = 6,626 x 10– 34 Дж•с – коэффициент пропорциональности (вероятно от слова helfe – помощь). При поглощении или испускании излучения осциллятором, его энергия уменьшается или увеличивается на величину hv, а также энергия осцилляторов квантуется и принимает значения: hv, 2hv, 3hv…., nhv. Для Планка главным было не квантование, а необходимость соединиться с вероятностной интерпретацией Больцмана. В предисловии ко второму изданию «Лекций по теории теплового излучения», Планк писал: «…для успешного развития новой гипотезы, нет ничего вреднее, чем уход за пределы ее применимости, то я всегда стоял за то, чтобы возможно теснее связать квантовую гипотезу с классической динамикой».

В 1913 году Нильс Бор представил доработанную модель атома, используя вероятностную идею квантования, и началось развитие квантовой механики. Эта модель предложила разрыв с классической физикой по трем фундаментальным аспектам. Во-первых, орбиты электронов были квантованы на дискретные уровни энергии; во-вторых, Электроны на стационарных орбитах не излучали электромагнитную энергию; в-третьих, излучение света было дискретным, в виде квантов.

Несмотря на то, что Планк был против этого, новое поколение физиков все больше стали называть его основателем новой физики, отличной от классической. Так Планк стал самым известным ученым Европы, а 1900 год – началом квантовой физики. В 1918 году Планка наградили нобелевской премией. Он долго пытался доказать свою правоту, но постепенно смирился со своим возвышенным положением.

Главной проблемой в исследовании микромира является отсутствие наглядности. Если, например, электрон рассматривать как шарик, то как объяснить его стабильность, если как безразмерную точку, тоже не решение, т. к. в уравнении об электромагнетизме появляется деление на ноль, что ведет к бесконечности, а значит к ошибке. Все это неизбежно порождало фантазии.

Сомнительная конечно доработка модели атома Бором, но другим, не менее важным недостатком квантовой физики является использование теории вероятности в ее математическом обосновании. Вероятностные методы годятся для исследования тепловых процессов в газовой среде, в броуновском движении частиц, где трудно учесть все факторы их движения, как монеты, упавшей на орел или решку, где точность не нужна. В целостном же разделе физики должны использоваться преимущественно точные методы. Альберт Эйнштейн, выражая свое не согласие с вероятностной интерпретацией квантовой механики, говорил, что «бог не играет в кости» (на это Нильс Бор ответил, что не Эйнштейну решать, чем заниматься богу). Эрвин Шрёдингер, отчаявшись доказать абсурдность этой теории, предложил мысленный эксперимент в 1935 году в журнале «Естественные науки» под названием «Текущая ситуация в квантовой механике» изложена, так называемая ситуация, «Кот Шрёдингера».

Математика тоже много чего натворила лишнего, считая себя языком науки, или королевой наук. Мне пришлось изучать все разделы математики, и я считал их вполне правомерными научными дисциплинами, но недавно, написав «Историю математики», чтобы потом привести математическое обоснование системно структурного метода, понял, что чистая математика, оторванная от реальности, может доказать все, даже чего нет в действительности. Например, Георг Кантор доказал существование актуальной бесконечности, создавая теорию множеств.