Молекулы состоят из еще более маленьких элементов, называемых атомами. Только в конце прошлого века ученые получили возможность ответить на вопрос "Что такое атомы?". Сейчас общеизвестно, что атомы также состоят из более мелких частиц, называемых электронами, нейтронами и протонами. Любые молекулы во Вселенной представляют собой бесконечное разнообразие сочетаний атомных и субатомных частиц, таких как электрон. Но что же представляет собой сам электрон? Этот фундаментальный вопрос в течение столетия вызывал оживленные дискуссии в научной среде. Ответ на него является отправной точкой для понимания устройства атома и, более того, структуры Вселенной, а также поворотным моментом в эволюции нашего понимания физики. Он подкрепляет уникальную концепцию "дополнительности" (комплементарности), согласно которой мир не черно-белый, а состоит из разных оттенков серого. Такая концепция провозглашает мирное сосуществование двух кажущихся разными, или даже противоположными, качеств, одновременно присущих одному и тому же предмету. Нигде принцип комплементарности не находит столь яркого воплощения, как в описании свойств электрона. В начале двадцатого века ученые заметили, что в некоторых экспериментах электроны ведут себя как твердые тела. Они отскакивают друг от друга при столкновениях, как шары на бильярдном столе. Согласно механистическому представлению ньютоновской физики - это вполне предсказуемый вариант поведения частиц. В других экспериментах электроны вели себя скорее как волны или свет. Известный пример -"эксперимент с двойной щелью". Его результаты показали, что один и тот же электрон, может проходить через две щели одновременно. Такое явление было просто немыслимо с точки зрения ньютоновской физики, представляющей электрон в виде крошечного бильярдного шара. Только волны, но не частицы, способны пройти через два окна одновременно. Что же представляют собой электроны, которые могут вести себя и как волна, и как частица? Ответ прост: в рамках электрона существуют две взаимно исключающие характеристики — энергии и вещества. Это — суть принципа комплементарности. Электрон — не просто частица, и не только энергия. Он действительно обладает свойствами частицы и волны. Некоторые физики решили дилемму, называя электроны "волновыми пакетами". Двойственный характер субатомных частиц является отражением взаимосвязи энергии и вещества, впервые открытой Альбертом Эйнштейном в начале 1900-х годов в его знаменитой формуле Е=mс2 . Известно, что вещество и энергия являются взаимообратимыми. Это значит, что можно не только преобразовать вещество в энергию, но — теоретически — и энергию в вещество. Физики еще окончательно не доказали осуществимость такого превращения опытным путем в лабораториях, но похожее явление наблюдалось и было запечатлено на фотоснимках при работе с экспериментальными ядерными установками. В этих установках высокоэнергетический фотон света космического луча, проходя вблизи тяжелого атомного ядра, оставляет отпечаток на пленке таким же образом, как если бы он спонтанно становился парой частица/античастица. Фотон трансформируется в пару зеркальных частиц, то есть энергия становится веществом. Этот процесс противоположен тому, что происходит, когда вещество и антивещество при взаимодействии уничтожают друг друга, высвобождая огромное количество энергии. — 32 —
|