Юрий Фиалков - Как там у вас, на Бета-Лире?
Итак, можно утверждать, что наше светило и ближайшие планеты от Меркурия до Марса включительно состоят из вещества того же сорта, что и земное. Относительно остальных планет — Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона — пока что ничего категорично сказать нельзя. Но поскольку астрономы убеждены, что все планеты образовались одновременно и из одного «строительного материала», то с большой долей вероятности можно утверждать, что вся Солнечная система состоит из «обычного» вещества.
Это обстоятельство придает вопросу, существует ли антивещество вообще, четкую интонацию сомнения. Если уж во всей громадной Солнечной системе не сыскать антивещества, то какие основания надеяться, что в других областях Вселенной будет это антивещество? Сам же, дескать, говорил, что законы универсальны для всех областей Вселенной!
Конечно, сегодня отвечать на заданный вопрос с какой-либо категоричностью невозможно. Можно лишь предполагать. До сих пор науке еще не приходилось сталкиваться с нарушением принципа симметрии. Если этот принцип распространяется на всю Вселенную в целом, то следует считать, что половина материи Вселенной — это антивещество. Вопрос только в том, рассеяно ли антивещество более или менее равномерно во Вселенной (скажем, так: одна галактика — из обычного вещества, другая — из антиматерии) или все обычное вещество сосредоточено в одной области Вселенной, а все антивещество — в другой. Если верно первое предположение, то у человечества имеется надежда обнаружить при будущих межпланетных путешествиях «антимир». Если же справедливо второе, то надежд на открытие «антимира», боюсь, мало: «та» часть Вселенной от нас так невообразимо (очень точное в данном случае определение!) далека, и надеяться на то, что человек туда проникнет, трудно.
Что ж, смиримся с тем, что «антимир» не только не удастся «пощупать», но даже с тем, что пока мало надежды узнать, существует ли он вообще. Но нельзя ли создать «антимир» на Земле? Разумеется, никто не ставит этот вопрос в такой плоскости, что физики должны приступить к производству тонн антиводорода и антикислорода. Да и где их хранить, эти килограммы? Но ведь и отдельные атомы антиэлементов получить — и это было бы интересно!
Армия водородов
«Армия» здесь, конечно, явная гипербола. Впрочем, назвав это содружество «ротой», мы тоже впали бы в преувеличение. И вообще, что такое водород во множественном числе?
Водород… Первый элемент периодической системы. Ядро — один-единственный протон, на орбите — один-единственный электрон. Просто, очень просто. Настолько просто, что эту простейшую систему протон — электрон так и называют — ПРОТИЙ («простейший»). Заметьте: протий, а не водород. Потому что элемент, в ядре атома которого, помимо протона, имеется еще один нейтрон, — это тоже водород, но, чтобы как-то различать эти изотопы, такой элемент называется ДЕЙТЕРИЕМ. А во второй главе шла речь еще об одном изотопе водорода, у которого на один протон приходится два нейтрона и который называется ТРИТИЕМ.
Три — числительное, которое, безусловно, дает право применять к слову «водород» множественное число, но это, конечно, никак не армия, это даже не отделение. Но ведь и это еще не рассказ, а только присказка.
Давно миновали в физике, можно сказать, патриархальные времена, когда были известны только три элементарные частицы — электрон, протон и нейтрон. А сейчас… Позвольте, впрочем, привести цитату не из научного журнала, где на целую статью приходится всего три слова: «известно» и «как очевидно», все же остальное — формулы, а из научно-популярного журнала «Наука и жизнь» (за 1974 год): «Интересна следующая особенность каонных реакций. Когда каон сталкивается с ядром, он иногда превращает нейтрон в нейтральный лямбда-гиперон, образуя так называемое гиперядро».
Многое понятно? Не думаю.
Сегодня известно уже такое обширное число различных элементарных частиц, что физики пытаются создать периодическую систему элементарных частиц, без которой разбираться во всем этом изобилии становится трудно. Можете не беспокоиться — я не собираюсь перечислять все эти частицы. Упомяну лишь некоторые из них (предупреждаю: читатель будет иметь случай поупражняться в греческом алфавите!).
Известно большое число элементарных частиц, которые объединяются одним термином — мезон (слово «мезо» означает «между»). По массе мезоны превышают электрон, но уступают протону. Например, пи-мезон в девять раз легче протона, мю-мезон легче протона в семь раз, а ка-мезон — вдвое. Физики придумали этим мезонам очень благозвучные имена: пион, мюон и каон (есть и д’Артаньян — гиперон!). Известны положительные и отрицательные (не литературные персонажи, а частицы) мезоны.
И вот представьте себе такой атом: ядро — протон, а на орбите — отрицательный пион, или мюон, или каон.
Впрочем, зачем прибегать к воображению, если физики уже получили атомы таких необычных водородов.
Правда, водороды эти очень неустойчивы и быстро распадаются, но они существуют.
Если химические свойства обычных изотопов водорода почти неразличимы, то «мезонные» водороды ведут себя весьма своеобразно. Вот, например, протонно-пион-ный водород. Пион в 273 раза тяжелее электрона. Для того чтобы оторвать пион от протона, требуется затратить энергии значительно больше, чем в случае протия. А это означает, что если бы протон-пион-ный водород встретился с хлором, то он (водород) еще подумал бы, образовывать ему с хлором хлористый водород или нет. И, надо полагать, результаты этого размышления оказались бы чрезвычайно неприятными для хлора, ибо такой водород не нашел бы в себе сил расстаться со столь прочно привязанному к протону пионом, а хлор, привыкший иметь дело с гораздо более податливым электроном, покрутившись около необычного водорода, удалился бы несолоно хлебавши. Для разъяснения ситуации добавлю, что особенно много времени на размышления у протон-пионного водорода не было бы, поскольку живет-то он всего 10–11 секунды (хотя по атомным масштабам времени это не так уж мало).
Теперь примемся за протон. Будем заменять его. Деталями для замены будут служить все те же мезоны, но уже, разумеется, положительные. При такой замене получаются водороды: МЮОНИЙ, ПИОНИЙ, КАОНИЙ. Эти водороды тоже не бог весть какие жильцы на этом свете: они распадаются за время 10”6 — 10~8 секунды. Поэтому изучать химию этих атомов трудно. Можно лишь сказать, и этого будет достаточно, что химия этих водородов очень необычная.
В нашей уже сильно разросшейся команде водородов можно различать тяжеловесов, средневесов и легковесов. К числу первых, несомненно, относится протон-каон-ный водород (К-мезон всего вдвое легче протона). В будущем, по-видимому, появятся уже совершеннейшие мастодонты среди водородов — дейтерий-каонный и тритон-каонный, то есть ядра дейтерия или трития с К-мезоном вместо электрона. К легчайшим относится водород, называемый ПОЗИТРОНИЕМ: ядро — позитрон, на орбите — электрон. Это, так сказать, шпиц по отношению к тритон-каон-ному сенбернару. Если последний — самый тяжелый из водородов, то позитроний — самый-самый легкий. А к самым-самым интерес, как известно, повышенный. Поэтому и знаем мы о позитронии больше, чем о каком-либо другом из необычных водородов.
Живет позитроний, как и остальные «ненормальные» водороды, очень недолго: от одной стомиллиардной до одной стомиллионной доли секунды. Оно и понятно: позитрон и электрон рано (10–10 секунды) или поздно (10–7 секунды) аннигилируют. Но и за это время позитроний успевает продемонстрировать много особенностей, которые позволяют судить о химических свойствах этой разновидности водорода.
Итак, сколько различных водородов можно уже насчитать? А ведь это далеко не предел. Теоретически возможны, а следовательно, рано или поздно будут обнаружены экспериментально водороды с другими отрицательными либо положительными мезонами — со всякими кси, омега и другими буквами греческого алфавита.
И не забудьте все эти водороды умножить на 2, потому что каждый из них может существовать в антиварианте. Как видно, не такая уж это гипербола слово «армия»! Пожалуй, только для всех этих водородов надо создавать отдельную систему, не то не разберешься.
Чтобы представить себе все разнообразие «необычных» элементов, более тяжелых, чем водород, нет необходимости прибегать к математическим формулам. Достаточно вообразить, скажем, атом гелия, у которого сначала первый из двух электронов замещается на мезон, затем замещается и второй электрон, а потом начинают попеременно варьироваться и сами мезоны, и не только отрицательные — на орбитах, но и положительные — в ядре; а ведь у гелия еще существуют различные изотопы, так что эти вариации можно проиграть с каждым из них, да еще… Да, нетрудно и запутаться. А ведь это гелий, всего лишь гелий. Представляете, сколько вариантов возможно, если, скажем, всю эту игру провести с железом, или оловом, или — страшно подумать! — с ураном!
