· Для любознательных
	Начало см. в выпусках «Научных сред» № 9-10 (289-290) 2014; (291-292)
	Итак, что значит «такие же, но тяжелые». Вернемся в макромир, и посмотрим на два куска железа – намагниченный и ненамагниченный. Все остальные физические параметры - плотность, теплоемкость, и.т.д. у них одинаковы. Чем же они различаются внутри? Там движутся электроны и создают магнитные поля. В ненамагниченном куске каждому электрону, движущемуся по часовой стрелке, симметрично соответствует электрон, движущийся в противоположном направлении, и суммарное внутреннее магнитное поле зануляется. «Намагнитить» означает нарушить внутреннюю симметрию, заставив большую часть электронов вращаться в одну и ту же сторону. То есть кусок железа может находиться в двух состояниях: с сохраненной и нарушенной внутренней симметрией. Нарушенная симметрия проявляется как намагниченность. В микромире нарушенная симметрия может, в частности, проявиться в виде возникновения у частицы большой массы. Эта идея о существовании объекта в двух состояниях- с ненарушенной и нарушенной внутренней симметрией (по принятой терминологии в последнем случае говорят о «спонтанно нарушенной симметрии») оказалась очень плодотворной и сыграла свою роль и в теории сильных взаимодействий, о которых мы говорили чуть раньше. У этих моделей есть яркие следствия, часть из которых уже подтверждена, а другие еще должны быть проверены. После этого вместо слова «модель» можно будут использовать более сильное слово «теория». Некоторые следствия были совершенно неожиданными, так, слабые взаимодействия должны были проявиться в атомах, то есть в системах, в сотни тысяч раз большего размера, нежели расстояния, на которых слабые взаимодействия чувствуются. Эксперимент, кстати, впервые поставленный нашими соотечественниками, физиками из Новосибирска, это предсказание подтвердил. Кроме этого, современная модель предсказывает существование набора довольно тяжелых элементарных частиц. Для их наблюдения нужны большие энергии, поэтому и строятся мощные ускорители. С помощью больших энергий предполагается выяснить и ряд других интересных вопросов. Например, не состоят ли кварки из еще более мелких частиц? Или, сталкивая ядра, можно попытаться получить вещество при большой плотности, когда кварки уже не образуют нейтроны и протоны, а существуют сами по себе (это называется кварк-глюонной плазмой). Результаты экспериментов, проведенных несколько лет назад на ускорителе в Брукхейвене (США), по-видимому, содержат признаки того, что такая плазма получена. Я говорил здесь только о тех проблемах физики микромира, которые есть на границе между тем, что людям известно и тем, что неизвестно, причем, лишь о небольшой их части. Существует еще множество невыясненных деталей и непонятных результатов на той «территории», где основные моменты уже выяснены. Причем, относится это как к физике микромира, так и макромира. Как же происходит работа физика-теоретика? Получение результатов связано обычно с длительной вычислительной работой, неизбежно содержащей на промежуточном этапе, особенно у новичков, все ошибки, которые можно совершить. Однако некоторые результаты теоретик обязан получить без всяких вычислений. Вот мы с вами вместе решим две задачи о маятнике, совершенно ничего не зная из теории колебаний, которая этим маятником занимается. Итак, грузик на нитке раскачивается под действием силы тяжести. Начнем со случая, когда грузик имеет очень малый размер, то есть изображается точкой. Через каждые T секунд груз возвращается в свое первоначальное положение, это время называется периодом колебаний. Представим себе, что экспериментаторы попросили нас ответить на два вопроса. Как изменится период, если - во-первых, мы вдвое увеличим массу грузика и во-вторых - в четыре раза увеличим длину нити? Давайте подумаем, от чего может зависеть период. Возможно, от массы грузика m , от длины нити L . Еще, так как колебания происходят под действием силы тяжести, может войти то одинаковое ускорение g, которое она придает всем телам у поверхности Земли. Итак, наше выражение для T, измеряемое в секундах, должно состоять из массы m, измеряемой в граммах, длины L, измеряемой в сантиметрах и ускорения g (скорости изменения скорости), измеряемого в сантиметрах, дважды деленных на секунды, то есть в см/сек^2 Напомню, что граммы, сантиметры и секунды друг через друга не выражаются. Из этого сразу получаем, что масса в ответ вообще не войдет, так как секунды через граммы не выражаются. Итак, на первый вопрос мы уже ответили: при увеличении массы период колебаний не изменился. Теперь осталось скомбинировать g и L ,чтобы получить секунды. Так как g содержит секунды в знаменателе, то сразу видно, что формула для периода должна содержать 1/g. Но тогда получатся сек^2. Значит, чтобы получить секунды, придется написать квадратный корень, под которым умножить на длину, чтобы в ответ не вошли сантиметры. Вот мы и получили, что период пропорционален L^1// 2 , и ответили на второй вопрос: период увеличится вдвое. И формулу для периода нашли, T=C(L/g) ^1/2 , где С-какое-то число. Мы его не вычислили, но для ответов на вопросы, которые мы сами себе задали это и не нужно. Для вычисления С можно применить давно разработанный стандартный метод, но он опирается на математику, не входящую в школьную программу, его проходят на втором курсе технических вузов. Результатом работы теоретика является статья, обычно начинающаяся со слов «В работе в таких-то предположениях вычислено то-то и то-то», а в конце приводятся числа, а затем почти всегда идут несколько абзацев под заголовком «Обсуждение результатов». В нашем случае можно было бы написать статью о вычислении периода колебания маятника, включающую нахождение коэффициента С (С=2π), привести числа для тех случаев, которые интересны экспериментаторам. А под заголовком «Обсуждение результатов» дать тот анализ зависимости от периода, от массы и длины нити, который мы только что провели вместе. Кстати, без вычислений мы могли бы ответить на вопрос: «Как изменится период колебаний, если перенести маятник на Луну»? Ответ: «Оно изменится вместе с величиной ускорения свободного падения g». Кто-то из умных людей (разные источники называют разных авторов этого высказывания) сказал, что главное в работе - не число, а понимание. В нашем случае «понимание» - это то, что мы поместили бы в главку «Обсуждение результатов». Теоретические работы можно разделить на два типа. В первом из них проводятся вычисления с использованием надежных, проверенных рецептов. Часто такие задачи диктуются потребностями эксперимента. Задачи другого типа не поддаются существующим методам, и приходится придумывать свои. Чтобы проиллюстрировать второй тип задач, попробуем все-таки, зная только школьную физику, вычислить период колебаний маятника, о котором мы говорили чуть раньше. В школьной физике мы умеем рассчитывать движение при постоянном ускорении. У маятника оно не постоянно. Но давайте немного подумаем. Наш маятник движется в вертикальной плоскости. Дадим ему толчок в другой вертикальной плоскости, перпендикулярной нашей. Принцип независимости движений в двух плоскостях приведет к тому, что период не изменится. Довольно очевидно, и это можно доказать строго, что в результате наш маятник будет двигаться по окружности в горизонтальной плоскости. Ни одна точка при этом движении не выделена, и поэтому движение будет происходить с постоянной угловой скоростью. А такая задача уже решается методами школьной физики. Вот мы и придумали свой метод. Однако какой бы работой ни занимался физик-теоретик, черновая вычислительная работа занимает много времени и отнимает много сил. При этом, основное время что-то «не получается»: результат не согласуется с прежним или резко противоречит эксперименту, или нужно «на ходу» придумывать новые методы. После того, как препятствие преодолено, возобновляется быстрое движение вперед - до нового препятствия. Анна Ахматова писала, что утром, в первые минуты после пробуждения, она часто понимала, как именно должны быть написаны строки, так упорно не рифмовавшиеся накануне вечером. Нечто похожее происходит и с физиками. Физическая проблема, коль скоро ей начали заниматься, обладает свойством «затягивать» своего исследователя. Она становится стержнем, вокруг которого вращается вся остальная жизнь. Разумеется, физика не заменяет весь остальной мир, но она сама образует целый мир. За письменным столом можно пережить всю гамму эмоций - от отчаяния до экстаза. Физика очень демократична, и каждый может выбрать себе задачу по силам. На ремесленном уровне ею может заниматься любой человек, получивший соответствующее образование, и выучивший несколько приемов работы. В то же время известно, как Резерфорд (еще один пример ученого, сочетавшего работу в экспериментальной и теоретической физике) в начале ХХ века определял тех, кто может работать в науке. Каждому новому сотруднику он давал задачку. Если тот приносил правильное решение, но спрашивал, что ему делать дальше, то его увольняли. Звучит парадоксально, но каждый физик понимает, что имеется в виду. Закончив одну задачу, обязательно обнаруживаешь несколько новых, проистекающих из этой, решенной. Это как в горах. Только тебе показалось, что добрался до вершины, как видишь, что вышел на плато, а впереди еще несколько новых вершин, до которых идти и идти… Д-р физ.-мат. наук Е. Г. Друкарев Из лекции, прочитанной гимназистам. (Продолжение следует)