Дефект масс

Здравый смысл говорит нам: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет точно в два раза меньше и легче целого плода. Сложим обе половины и снова получим яблоко. Но не может такого быть, чтобы две половинки весили больше целого яблока.

В макромире, согласимся, такого действительно быть не может, а пот в мирз элементарных частиц… Разнимая вещество на все более мелкие части, физики вдруг обнаружили нарушение закона сохранения массы. Оказалось: масса целой частицы всегда меньше суммы масс частиц, ее составляющих. Явление это получило название «дефект масс».

Понять этот очередной парадокс природы можно так.

Возьмем килограмм картофеля. Мы точно уверены: полная масса пакета складывается из масс отдельных картофелин. Каждую из них можно легко отделить от других.

А теперь допустим, что картофелины сильно сцеплены друг с другом (как бы склеены невидимым клеем!). Тут уже приходится затратить энергию, чтобы картофелины растащить. Но по формуле Эйнштейна эта, как и всякая энергия, эквивалентна массе. И получается: каждая из отторгнутых от кучи картофелин должна теперь стать более массивной!

И никакого при этом нарушения закона сохранения энергии. Дефект масс просто восполняет выделение (если позволить картофелинам вновь «слипнуться») соответствующего количества энергии, и все получается, так сказать, баш на баш.

Пример с картофелем может показаться натяжкой.

Однако даже при горении обычных дров уже можно уверенно говорить о дефекте масс. Нетрудно строго показать, что тут суммарная масса продуктов реакции чуточку меньше, чем масса дров и кислорода воздуха. И эта разница в массе трансформируется в тепло — кинетическую энергию продуктов горения.

Но, конечно, в макромире дефект масс проявляет себя крайне слабо. Здесь тела ломаются (рвутся, бьются, истираются, расщепляются) благодаря электромагнитным взаимодействиям. Колем ли мы дрова, взрываем ли скалу, делим ли в сосуде жидкость на равные части, грызем ли яблоко, рвем ли бумагу в клочья — всюду мы всего лишь разрываем хилые электромагнитные связи.

Их крайняя слабость и создает видимость того, что часть всегда обязана быть легче целого.

В микромире все не так. Если энергию, передаваемую в химических реакциях (электромагнитные силы), принять за единицу, то в ядерных реакциях ее выделяется в миллионы, а при пертурбациях элементарных частиц — в миллиарды раз больше.

Хороший пример дает термоядерный синтез, о котором в последние годы так много говорят и пишут. И неспроста: тут дефект масс столь значителен, что энергетики связывают с термоядерной энергией самые большие надежды.

Пока… Ибо энергетика будущего может быть построена и на других основах. Возможно, гораздо больший эффект даст нам «сжигание»… кварков.

Дело вот в чем: каждый протон состоит из трех кварков. Но каждый кварк (есть и такое подозрение) раз в десять (фантастика науки) тяжелее протона. Да, толстые кварки запросто умещаются в чреве худенького протона.

Итак, вновь дефект масс: если три свободных (строго говоря, свобода кварков никем окончательно не запрещена!) кварка объединятся в протоне, выделится громадная энергия. Ее было бы достаточно для снаряжения кварколетов в межзвездные экспедиции. (Вероятно, именно с подобными процессами сталкиваются астрономы при наблюдении взрывающихся галактик и других грандиозных явлений в космосе.)

Кто то уже подсчитал: когда три кварка сольются в протоне. 95 процентов их массы «исчезнет» — превратится в энергию. И «утилизация» всего одного грамма кварков позволила бы высвободить уйму энергии, эквивалентной сжиганию 2500 тонн нефти.

Неплохие перспективы для энергетики землян!