я, но содер-
жит в  себе  возможность  существования всех возможных форм мира частиц.
Эти формы, в свою очередь, представляют собой не самостоятельные физиче-
ские единицы, а всего лишь переходящие воплощения Пустоты, лежащей в ос-
нове всего бытия. Как говорится в известной нам сутре,  "форма есть пус-
тота, а пустота, в свою очередь, есть форма".

   Соотношение между виртуальными частицами и вакуумом  имеет  в  высшей
степени динамическую природу; вакуум-это "живая пустота" в полном смысле
этого слова, в пульсации которой берут начало бесконечные ритмы рождений
и разрушений. Большинство физиков считают открытие динамической сущности
вакуума одним из важнейших достижений  современной  физики.  Из  пустого
вместилища всех физических явлений пустота превратилась  в  динамическую
величину первой важности. Таким образом, результаты исследований  совре-
менной физики подтверждают правоту высказываний великого мыслителя  Цзая
Цая:

   "Для того, кто знает, что Великая Пустота наполнена  ци,  нет  такого
понятия, как несуществование" {60, 33}.


   Глава 15. КОСМИЧЕСКИЙ ТАНЕЦ

   В ходе изучения субатомного мира в двадцатом веке физики  обнаружили,
что вещество имеет динамическую природу, а составные части атома,  суба-
томные частицы представляют собой динамические  структуры,  существующие
не в виде самостоятельных единиц, а в виде неотъемлемых компонентов  не-
разрывной сети взаимодействий. Эти взаимодействия питает бесконечный по-
ток энергии, воплощающийся в обменах частицами, динамическом чередовании
стадий созидания и разрушения, а также в беспрестанных изменениях  энер-
гетических паттернов. В результате взаимодействий образуются  все  более
устойчивые единицы, из которых и состоят материальные тела. Эти единицы,
в свою очередь, тоже не остаются неподвижными, но ритмически колеблются.
Таким образом, вся Вселенная оказывается вовлеченной в бесконечный  про-
цесс движения и деятельности-в постоянный космический танец энергии.

   В этом танце принимает участие бесчисленное множество паттернов,  ко-
торые, как это ни странно, мы можем разделить на несколько основных раз-
новидностей. Изучение субатомных частиц и  их  взаимодействий  открывает
нашему взору не мир хаоса, а в высшей  степени  упорядоченный  мир.  Все
атомы, а значит, и все материальные тела вокруг нас  представляют  собой
сочетания всего лишь трех материальных частиц, обладающих массой: прото-
на, нейтрона и электрона. Четвертая частица, фотон, не имеет массы и яв-
ляется единицей электромагнитного излучения. Протон,  электрон  и  фотон
представляют собой устойчивые частицы, что означает, что их  существова-
ние не прерывается до тех пор, пока они не принимают участия в  столкно-
вениях с другими частицами, угрожающими им аннигиляцией. Распад  нейтро-
на, напротив, может с легкостью произойти в любой момент. Этот  процесс,
получивший название "бета-распада", представляет собой обычный  механизм
одной из разновидностей радиоактивных явлений.

   И что? Нет ли тут указания на то, что ЗАРЯД обеспечивает какую-то до-
полнительную стабильность, играя роль клея? [А.Б.]

   Он состоит из преобразования нейтрона в протон и возникновения элект-
рона и нейтрино. Нейтрино-еще одна частица,  не имеющая массы, но харак-
теризующаяся устойчивостью,  подобно протону, электрону и фотону. Обычно
нейтрино обозначают  греческой буквой u ("ню"), в результате чего симво-
лическая запись процесса бетараспада приобретает следующий вид:

   n -> p + e- + u (ню)

   Преобразование нейтронов в протоны  влечет  за  собой  преобразование
атомов радиоактивного вещества в атомы другого элемента.  Возникающие  в
ходе этого химического процесса электроны  испускаются  атомами  в  виде
мощного излучения, которое находит широкое применение в биологии,  меди-
цине и промышленности. Установить факт  возникновения  нейтрино  гораздо
сложнее, так как эти частицы не имеют ни массы, ни электрического  заря-
да.

   Как уже говорилось выше, для каждой  частицы  существует  аналогичная
античастица с такой же массой и  противоположным  зарядом.  Античастицей
для фотона является сам фотон, античастица электрона называется позитро-
ном; помимо них, нам известны антипротон и антинейтрино. На самом  деле,
та не имеющая веса частица, которая возникает в  процессе  бета-распада,
представляет собой не нейтрино, а его  античастицу,  антинейтрино  (u-),
вследствие чего наша запись приобретает вид:

   n -> р + е- + u-

   Упоминавшиеся до сих пор частицы--лишь малая  часть  всех  субатомных
частиц, известных современной науке. Все остальные персонажи субатомного
мира неустойчивы; они очень быстро распадаются на другие частицы,  кото-
рые, в свою очередь, могут тоже подвергаться распаду до тех пор, пока не
образуются устойчивые частицы. Исследование  неустойчивых  частиц  очень
дорогостоящее, так как для каждого эксперимента эти  частицы  приходится
создавать заново, что невозможно без огромных  ускорителей  частиц,  пу-
зырьковых камер и других устройств для детекции частиц.

   Самые неустойчивые частицы существуют на протяжении очень  небольшого
промежутка времени по сравнению с  нашими  временными  масштабами-меньше
миллионной доли секунды. Однако следует учитывать, что продолжительность
их жизни должна рассматриваться в сочетании с их размерами, которые тоже
очень невелики. При таком подходе сразу становится очевидно, что на  са-
мом деле продолжительность существования  этих  частиц-довольно  большая
величина, и что одна миллионная доля секунды фактически-огромная продол-
жительность жизни в мире частиц. Человек за одну секунду  может  преодо-
леть расстояние, которое в несколько раз превышает его собственные  раз-
меры. Для частицы аналогичной единицей времени будет тот промежуток вре-
мени, в течение которого частица преодолевает расстояние,  которое  тоже
превышает ее размеры в несколько раз; эту единицу времени  логично  наз-
вать "частице-секунда". Физики оценивают продолжительность этой  единицы
времени в 1.0е-23 доли обычной секунды.

   Для того, чтобы преодолеть расстояние, равное диаметру  среднестатис-
тического ядра атома, частице, движущейся со скоростью, близкой  к  ско-
рости света (как это происходит, скажем, вовремя экспериментов по столк-
новению частиц), необходимо примерно десять таких частице-секунд.  Около
двух дюжин из всего множества неустойчивых частиц, прежде  чем  подверг-
нуться распаду, преодолевают расстояния, равные размерам нескольких ато-
мов. Это расстояние превышает их собственные размеры примерно в сто  ты-
сяч раз, и для его преодоления требуется несколько сот  "частице-часов".
Эти частицы, наряду с уже упоминавшимися устойчивыми, перечислены в таб-
лице на рис. 34. Большинство неустойчивых частиц из этой  таблицы  могут
до своего распада переместиться на целый сантиметр или даже на несколько
сантиметров, а неустойчивые частицы с наибольшей продолжительностью  су-
ществования могут преодолеть расстояние даже в несколько  сотен  метров,
которое кажется воистину огромным по сравнению с их собственными  разме-
рами.

   К сожалению, таблица утеряна,  саму книгу я никогда не видел, а в фи-
зике частиц  понимаю  мало, посему  восстановить обозначения частиц не в
состоянии. Если  кто-нибудь из физиков пришлет правки - буду благодарен!
[А.Б.]

   Таблица на рис. 34 включает тринадцать различных видов частиц, многие
из которых могут существовать в нескольких "зарядовых  состояниях".  Так
пионы могут иметь положительный заряд (п+), отрицательный заряд (п-) или
быть электрически нейтральными (п0). Существует две разновидности  нейт-
рино, различающиеся тем,  что  каждая  из  них  может  взаимодействовать
только с определенным типом частиц: первая-с электронами (Ve),  вторая-с
мюонами (ui). Античастицы тоже включены в таблицу,  причем  три  частицы
могут быть своими собственными античастицами (гамма, Л, i). Все  частицы
расположены в порядке возрастания массы атомов:  фотоны  и  нейтрино  не
имеют массы, электрон представляет собой легчайшую частицу из обладающих
массой, мюоны, пионы и каоны в несколько сот раз тяжелее электрона;  Ос-
тальные частицы тяжелее электрона в 1000-3000 раз.

   Все остальные известные к настоящему времени частицы относятся к чис-
лу так называемых "резонансов". Им посвящена следующая глава.  Резонансы
еще менее  долговечны, их распад происходит за несколько частице-секунд,
вследствие чего они не могут преодолевать расстояния, превышающие их ра-
змеры больше,  чем в несколько раз. Это означает, что пузырьковая камера
оказывается беспомощной  и не  может обнаружить присутствие этих частиц.
Поэтому свидетельства  их  существования  могут  быть только косвенными.
Следы из  пузырьков  в пузырьковых  камерах оставляют только те частицы,
которые перечислены в нашей таблице.

   В процессе столкновения все эти частицы могут возникать и аннигилиро-
вать, а также участвовать в виртуальных обменах, осуществляя таким обра-
зом взаимодействия между другими частицами. Казалось бы, при таком раск-
ладе итоговое количество возможных типов взаимодействий между  частицами
может быть очень большим, однако по какой-то причине,  которая  остается
неизвестной, все взаимодействия делятся на четыре разновидности,  харак-
теризующиеся различной степенью взаимодействия. Перечислим эти разновид-
ности:

- Сильные взаимодействия.
- Электромагнитные взаимодействия.
- Слабые взаимодействия.
- Гравитационные взаимодействия.

   Наиболее известными из них являются электромагнитные и гравитационные
взаимодействия, наблюдающиеся в  макроскопическом  мире.  Гравитационные
взаимодействия наличествуют между всеми существующими частицами,  однако
при этом они настолько слабы, что не подвергаются экспериментальной  де-
текции. В макроскопическом мире гравитационные  взаимодействия  большого
количества частиц, составляющих массу  тела,  складываются  и  порождают
макроскопическую силу гравитации, которая  является  основной  силой  во
Вселенной. Электромагнитные взаимодействия происходят между всеми  заря-
женными частицами. Именно они ответственны за все химические реакции,  а
также за образование и всех атомных  и  молекулярных  структур.  Сильные
взаимодействия удерживают вместе протоны и нейтроны внутри ядра. Они по-
рождают ядерную силу-самую мощную из всех  известных  современной  науке
сил. Так, например, электроны удерживаются поблизости от  атомного  ядра
при помощи электромагнитной силы, обладающей энергией примерно в  десять
электрон-вольт, в то время как ядерная сила, связывающая нейтроны внутри
ядра, использует энергию, равную десяткам миллионов  электрон-вольт-осо-
бых единиц для измерения энергии на субатомном уровне.

   Нуклоны-не единственные частицы, которые принимают участие в  сильных
взаимодействиях. Как ни странно, к сильновзаимодействующим частицам  от-
носится подавляющее большинство всех известных частиц.  Из  всех  частиц
только пять не могут принять участия  в  сильных  взаимодействиях,  как,
впрочем, и их античастицы. Это фотон и четыре лептона,  перечисленные  в
верхней части таблицы. Недавно был обнаружен  пятый  лептон,  получивший
обозначение "тау" (греческая буква т). Также, как электрон  и  мюон,  он
может существовать в двух зарядовых состояниях, соответственно т- и  т+,
а поскольку его масса превосходит массу электрона почти в 3500  раз,  он
получил название тяжелого лептона. Существование нейтрино, который  при-
нимал бы участие только во взаимодействиях с тау, было только постулиро-
вано и остается до сих пор недоказанным экспериментально.

   Таким образом, мы можем разделить все частицы не  две  большие  груп-
пы-лептоны и адроны, или сильновзаимодействующие частицы. Адроны, в свою
очередь, делятся на мезоны и барионы, между которыми существует довольно
много различий. Важнейшее из них заключается в том, что все барионы име-
ют античастицы, в то время как мезоны могут сами выступать в роли  своих
античастиц.

   Лептоны принимают участие во взаимодействиях четвертого типа - в сла-
бых взаимодействиях. Последние настолько слабы и действуют на таком  ко-
ротком расстоянии, что не могут удерживать частицы друг подле  друга,  в
то время как три остальные разновидности взаимодействий  порождают  силы
притяжения: сильные взаимодействия-внутри атомных ядер, электромагнитные
взаимодействия - внутри  атомов  и  молекул,  а  гравитационные  взаимо-
действия-между планетами, звездами и  даже  целыми  галактиками.  Слабые
взаимодействия проявляются в единственной форме-в форме некоторых столк-
новений частиц, а также их распада. К числу последних  относится  и  бе-
та-распад, упоминавшийся выше.

   Все взаимодействия между адронами проявляются в обмене другими  адро-
нами. Сильные взамодействия действуют только на очень небольших расстоя-
ниях из-за того, что в соответствующих им обменных  процессах  участвуют
тяжелые адроны. Сильные взаимодействия могут происходить только при  том
условии, что расстояние между частицами не превышает нескольких  диамет-
ров частицы. Поэтому они не могут создать силу, воздействие которой ска-
залось бы  на  нашем  макроскопическом  окружении.  В  противоположность
сильным, электромагнитные взаимодействия, воплощающиеся в обменах  не  -
имеющими массы фотонами, могут происходить между сколь  угодно  далекими
частицами, вследствие чего электрические и магнитные силы хорошо извест-
ны в мире  больших  измерений.  Считается,  что  гравитационные  взаимо-
действия тоже осуществляются при помощи обмена особыми частицами-"грави-
тонами", однако слабость этих взаимодействий настолько велика, что  гра-
витоны до сих пор не были обнаружены учеными, хотя никаких серьезных по-
водов сомневаться в их существовании нет.

   Наконец, поскольку слабые взаимодействия становятся возможными только
при том условии, что расстояние между частицами  предельно  невелико-го-
раздо меньше, чем при сильных взаимодействиях, физики считают,  что  эти
взаимодействия осуществляются при помощи обмена очень тяжелыми  частица-
ми. По всей видимости, эти частицы выполняют роль, аналогичную роли  фо-
тона при электромагнитных взаимодействиях, и единственное их отличие  от
последнего заключается в том, что они гораздо  тяжелее.  По  сути  дела,
именно аналогия с фотоном легла в основу  последних  модификаций  теории
квантового поля, получивших название  "теории  приборов"  и  позволивших
построить единую теорию  поля  для  электромагнитных  и  слабых  взаимо-
действий.

   Во многих процессах столкновений, находящих применение в физике высо-
ких энергий, часто имеют место и сильные электромагнитные, и слабые вза-
имодействия, в результате  чего  возникают  длинные  цепочки  последова-
тельных превращений частиц. Частицы, первоначально принимавшие участие в
столкновении, аннигилируют, образуя несколько новых частиц, которые тоже
проходят несколько стадий распада, прежде чем превратиться в  устойчивые
частицы.

   На рис. 35 представлена  сложная  последовательность  столкновений  и
распадов частиц: отрицательно заряженный пион (п-) проникает в пузырько-
вую камеру слева, сталкивается с протоном, то есть с ядром атома водоро-
да, который уже находился внутри камеры; обе частицы аннигилируют, в ре-
зультате чего образуется нейтрон (n) или два каона (К-  и  К+);  нейтрон
улетает, не оставляя следа; каон сталкивается с  другим,  находящимся  в
камере протоном, обе частицы аннигилируют, образуя ламбду  (Л)  и  фотон
(гамма). Ни одна из вновь образовавшихся  частиц  не  оставляет  видимых
следов в камере, однако ламбда через некоторе время распадается на  про-
тон (р) и (п-), каждый из которых оставляет видимый след. На рисунке хо-
рошо видно небольшое расстояние между возникновением ламбды и ее  распа-
дом. Наконец, К-, возникший еще при самом первом столкновении, некоторое
время продолжает двигаться, а потом распадается на три пиона.

   Здесь изображена одна из таких цепочек возникновений  и  исчезновений
частиц. Обратите внимание на тот факт, что следы  в  пузырьковой  камере
могут оставлять только заряженные частицы; под  воздействием  магнитного
поля они отклоняются в различных направлениях, в  зависимости  от  знака
заряда: положительные-по часовой стрелке, а отрицательные-против часовой
стрелки. Этот график представляет собой прекрасное  доказательство  того
факта, что на уровне частиц материя характеризуется  колоссальной  слит-
ностью и взаимопроницаемостью, а также достоверное и наглядное изображе-
ние энергетических каскадов, сопровождающих  образование  и  уничтожение
различных структур, или, говоря другими словами, различных частиц.

   Особенно поразительными представляются такие случаи,  когда  лишенный
массы, но наделенный большим количеством энергии фотон, который никак не
обнаруживает своего присутствия в пузырьковой камере, внезапно взрывает-
ся, образуя пару заряженных частиц (позитрон и электрон), которые тут же
начинают двигаться по расходящимся дугам. На рисунке 36 запечатлен  про-
цесс, в котором образование пары  противоположно  заряженных  частиц  из
электрически нейтрального фотона происходит целых два раза.

   На рис. 36 представлена последовательность событий, приводящих к  об-
разованию двух электронно-позитронных пар: антипротон (р-) снизу  прони-
кает в пузырьковую камеру, сталкивается с одним из протонов  и  образует
я+ (след, уходящий влево) и я- (след, уходящий вправо), а также два  фо-
тона (гамма), каждый иэ которых, в свою очередь, распадается  на  элект-
ронно-позитронную пару: позитроны (е+), улетающие направо,  и  электроны
(е-) - влево.

   Чем значительнее объем энергии, изначально принимающей участие в про-
цессе столкновения, тем больше частиц может  образоваться.  На  рис.  37
изображено столкновение между антипротоном и протоном, в результате  ко-
торого возникает восемь пионов.

   Для того, чтобы разогнать частицы до достаточно большой скорости,  то
есть, иными словами, для того, чтобы сообщить им достаточно большое  ко-
личество энергии, используются мощные ускорители частиц.  В  большинстве
случаев природные явления, происходящие на  Земле,  имеют  более  низкие
энергетические характеристики, вследствие чего тяжелые частицы редко об-
разуются на Земле в естественных условиях. В открытом космосе  нас  ждет
совершенно иное положение дел:  в  центре  звезд  сосредоточены  крупные
скопления субатомных частиц, между которыми постоянно происходят естест-
венные столкновения, аналогичные столкновениям внутри ускорителей совре-
менной экспериментальной физики. В некоторых звездах эти процессы порож-
дают чрезвычайно мощное электромагнитное излучение, которое может прини-
мать форму радиоволн, световых волн и рентгеновских лучей. Для  астроно-
мов это излучение представляет собой основной источник знаний и информа-
ции о Вселенной. Таким образом, межзвездное, как впрочем, и  межгалакти-
ческое, пространство оказывается насыщенным электромагнитными излучения-
ми различных частот, то есть фотонными потоками, обладающими  различными
запасами энергии. Тем не менее, фотоны-не единственные частицы,  которые
постоянно бороздят просторы космоса. "Космическое излучение" состоит  не
только из фотонов, но также и из тяжелых  частиц,  механизм  образования
которых до сих пор не вполне ясен. Большинство  этих  частиц  составляют
протоны; некоторые из них обладают очень большими запасами энергии, нам-
ного превышающими те предельные показатели,  которые  позволяют  достичь
самые мощные ускорители частиц.

   Попадая в атмосферу Земли, эти высокоэнергетические "космические  лу-
чи" сталкиваются с ядрами атомов, составляющих молекулы различных атмос-
ферных веществ, образуя огромное множество вторичных частиц, которые ли-
бо подвергаются независимому распаду, либо вступают в дальнейшие взаимо-
действия-столкновения. Превращения частиц продолжаются до тех пор,  пока
очередные из них не достигнут Земли. Так, один-единстве