Таким образом, согласно гипотезе Паули нейтрино явилось той частицей, которая компенсировала как недостающую энергию, так и спин. В дальнейшем был уточнен и закон сохранения импульса на основе допущения, что импульс ядра отдачи должен быть равен по величине и направлен противоположно суммарному импульсу электрона и нейтрино.
В одном из своих более поздних выступлений Паули подчеркнул, что он всегда был против того, чтобы решать какие бы то ни было трудности в физических проблемах путем отказа от закона сохранения энергии: "Во-первых, я считаю, что аналогия между законами сохранения энергии и сохранения электрического заряда имеет глубокое значение и может являться надежной руководящей нитью. Вряд ли можно, отказавшись от закона сохранения энергии, сохранить закон сохранения электрического заряда, а этот последний закон никогда еще не приводил ни к каким затруднениям. Поэтому я с самого начала отказывался верить в нарушение сохранения энергии".
Гипотеза Паули о нейтрино была изложена впервые в печати с его разрешения двумя участниками семинара Карлсоном и Оппенгеймером в 1932г., а год спустя автор ее, выступая на седьмом Сольвеевском конгрессе, посвященном теме "Строение и свойства атомных ядер", обстоятельно доложил участникам конгресса о тех предпосылках, которые привели его к столь необычной гипотезе).
В 1934 г. итальянский физик Э. Ферми на основе гипотезы о нейтрино и протонно-нейтронной схемы строения атомного ядра создал теорию b-распада, которая успешно объяснила все основные черты этого процесса. В последующие годы много усилий было затрачено на экспериментальное доказательство существования нейтрино. Сначала эти доказательства были получены косвенно, а в период 1953-1955 гг. путем постановки довольно сложных экспериментов американские физики Коуэн и Ройнее обнаружили нейтрино в свободном состоянии.
Вот что говорит физическая энциклопедия о нейтрино.
"Представление о нейтрино введено в 1930 швейцарским физиком В. Паули с целью объяснить непрерывный энергетический спектр электронов при b-распаде: общие принципы квантовой механики и закон сохранения энергии требовали, чтобы электроны имели определенную энергию, равную энергии, выделяемой при b-распаде. Согласно гипотезе Паули, в b-распаде вместе с электроном рождается новая нейтральная сильно проникающая и, следователь- но, трудно обнаружимая частица с массой <0.01 массы протона. Распределение дискретной порции энергии между нейтрино и электроном и приводит к нарушению моноэнергетичности спектра электронов. Для того чтобы соблюдался и закон сохранения момента кол-ва движения, новой частице приписали полуцелый спин. ... В 1932 Ферми предложил называть новую частицу "нейтрино" (уменьшительное от нейтрон).
Решение проблемы b-распада окончательно убедило физиков в том, что классические законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения выполняются столь же неукоснительно в микромире, как и в макромире. Что касается других двух законов сохранения - массы и электрического заряда, то их выполнение в микромире не вызывало сомнений начиная с 1919 г., когда Резерфорд произвел первое искусственное расщепление атомного ядра азота, бомбардируя его a-частицами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В обзоре законов сохранения, действующих в физике микромира, мы не имели возможности коснуться всех вопросов теории элементарных частиц. Это и не входило в нашу задачу. По этому поводу только за последние годы появился ряд превосходных обзоров и монографий, написанных выдающимися учеными, как отечественными, так и зарубежными. Мы ограничимся лишь несколькими заключительными замечаниями относительно специфических законов сохранения в микромире.
Закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения импульса, закон сохранения момента количества движения и закон сохранения электрического заряда, так же как и закон сохранения массы, можно считать законами сохранения, имеющими силу как в области макромира, так и в области микромира. Это - законы сохранения, имеющие максимальную степень общности.
Вместе с тем открытие Ли и Янга впервые показало, что наряду с общими законами сохранения существуют и законы сохранения с ограниченной сферой действия. Это - законы сохранения четности, изотопического спина и странности, которые выполняются не при всех видах взаимодействий. Открытие нарушений законов сохранения в некоторых явлениях микромира ставит по-иному вопрос об абсолютизации этих законов. Абсолютными оказываются не законы сохранения, а сама идея сохранения. Именно с таких позиций и подходит к этому вопросу Н.Ф. Овчинников: "Абсолютность принципов сохранения заключается не в том, что тот или иной принцип сохранения не вызывает сомнения в его общности и является абсолютно строгим на вечные времена, но в том, что любой общий принцип сохранения при его возможном нарушении в какой-либо области природы сменяется другим принципом, действующим в этой области. Можно сказать, что абсолютен не тот или иной конкретный закон сохранения, а абсолютна идея сохранения: ни одна область природы не может не содержать устойчивых, сохраняющихся вещей, свойств или отношений, и соответственно ни одна физическая теория не может быть построена без тех или иных сохраняющихся величин.
Уверенность в абсолютности принципов сохранения ведет нас к признанию необходимости строгой проверки всех известных законов, к возможности и даже неизбежности сомнения в их общности, если это будет диктоваться новыми неожиданными фактами развивающейся науки. Такого рода сомнение, если оно оправдывается, может лишь послужить началом развития новых направлений, новых физических теорий".
Если классическая физика знала только пять законов сохранения, то физика микромира насчитывает их более десяти. Это обилие законов сохранения в современной физике связано, с одной стороны, с тем, что закон сохранения является наиболее общим выражением большого количества экспериментальных фактов, а их в настоящее время только в области физики элементарных частиц имеется множество. С другой стороны, можно думать, что обилие законов сохранения связано с несовершенством наших знаний относительно процессов на элементарном уровне материи. В будущем, вероятно, окажется, что многие законы сохранения взаимосвязаны и являются следствием некоей еще более общей симметрии пространства и времени. Однако сейчас они выступают как независимые, и их изучение является основным направлением современных научных исследований.
Принципиально важной является связь законов сохранения микромира с принципами симметрии. То обстоятельство, что при этом некоторые законы сохранения оказываются приближенными, связано, видимо, с неполнотой наших знаний свойств симметрии на субмикроскопическом уровне. Связь законов сохранения со свойствами симметрии была открыта на всех структурных уровнях материи, начиная с макротел и кончая элементарными частицами. В микромире симметрия оказалась вездесущей. На атомном уровне симметрия проявляет себя в определенной структуре энергетических уровней атомов, в частности атома водорода; в ядерной физике - в виде зарядовой инвариантности; на уровне элементарных частиц - в виде ряда специфических законов сохранения. Связь законов сохранения с принципами симметрии является настолько фундаментальной, что ее можно считать наиболее полным выражением идеи сохранения как в макрофизике, так и в микромире.
Другой важной особенностью законов сохранения особенно в философском плане, является их тесная связь с принципом причинности. Именно законы сохранения образуют тот фундамент, на котором зиждется причинно-следственная связь закономерностей природы. Они являются той внутренней цепью, которая обеспечивает логически закономерную связь между причиной и следствием. "Идея сохранения внутренне связана с идеей причинного характера процессов природы. В своей глубокой основе эти две идеи представляют собой лишь стороны принципа самодвижения материи. В самом деле, если материя неразрывна с движением, то движение, как и материя, неуничтожимо и несоздаваемо. Но неразрывность материи и движения, или, иначе, самодвижение материи означает в то же время, что причина всех изменений лежит в самой материи, в ее внутренних законах... Постоянство действия причинно-следственных связей обеспечивается непреходящим характером законов сохранения".
Важно отметить и тот факт, что законы сохранения образуют тот фундамент, на котором основывается преемственность физических теорий. Действительно, рассматривая эволюцию важнейших физических концепций в области механики, электродинамики, теории теплоты, современных физических теорий, мы убеждались в том, что в этих теориях неизменно присутствуют либо одни и те же классические законы сохранения (энергии, импульса и др.), либо наряду с ними появляются новые законы, образуя тот стержень, вокруг которого и идет истолкование экспериментальных фактов. "Общность законов сохранения в старых и новых теориях является еще одной формой внутренней взаимосвязи последних".
Здесь лишь кратко указано на некоторые аспекты связи законов сохранения с общими философскими проблемами. История развития идеи сохранения показывает, что эта связь весьма тесная и глубокая. Неудивительно поэтому, что философы, особенно материалисты, начиная с Ф. Энгельса, проявили большой интерес к идее сохранения как объекту философского и методологического анализа . Особенно глубокие и обстоятельные работы в этом направлении стали появляться в последнее десятилетие, когда выявилась тесная связь законов сохранения с наиболее общими свойствами материи, пространства и времени, с принципами симметрии.
Значительный вклад в разработку философской стороны законов сохранения и общей идеи сохранения внесли советские философы. Здесь прежде всего следует отметить Н.Ф. Овчинникова, в книге которого "Принципы сохранения" дан глубокий всесторонний философский анализ идеи сохранения и ее связи с принципами симметрии, а также работы А.Н. Вяльцева, Ю.В. Скачкова, В.С. Готта и других ученых.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Гельфер Я.М. Законы сохранения. - М.: Наука, 1967. - 264 с.
2. Готт В.С. Удивительный неисчерпаемый познаваемый мир. - М.: Знание, 1974. - 224 с.
3. Друянов Л.А. Законы природы и их познание. - М.: Просвещение, 1982.- 112 с., ил.
4. Физический энциклопедический словарь / Гл.ред. А.М.Прохоров, - М.: Сов. Энциклопедия, 1983. -928 с., ил., 2 л. цв. ил.
5. Философский словарь / Под ред. И.Т.Фролова. - 4-е изд. - М.: Политиздат, 1981. - 445 с.
6. Вигнер Е. Этюды о симметрии. М., 1971.
7. Овчинников Н. Ф. // Принцип симметрии. М., 1976.
8. Овчинников Н. Ф. Принципы сохранения. М., 1966.
9. Кельфер “Законы сохранения”.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
