5 безумных гипотез физики, которые оказались фактом
1. Гипотеза кванта
В 1900 году Макс Планк решал прикладную, на первый взгляд, задачу: как рассчитать, сколько света и какого цвета испускает лампа, если известна температура её нити накала. Теория никак не хотела сходиться с экспериментом до тех пор, пока Планк не догадался, что если предположить, что энергия света испускается не непрерывно, а небольшими порциями — как он их назвал, квантами, — то всё сходится.
Счастливый Планк ещё долго полагал, что его догадка — это всего лишь математический фокус, но существование квантов оказалось фундаментальным свойством нашего мира. Из гипотезы Планка выросла квантовая механика и вся современная физика.
2. Гипотеза отклонения света гравитацией
В 1915 году Альберт Эйнштейн представил миру теорию, которую он считал главным своим вкладом в науку, — Общую теорию относительности, которая давала совершенно новое объяснение явлению гравитации. Согласно этой теории, гравитация — это не сила в привычном нам понимании, а лишь кажущееся воздействие одного тела на другое, связанное с тем, что каждое тело искривляет пространство вблизи себя. Движение по этому искривлённому пространству и кажется нам действием гравитационной силы.
Одним из неординарных следствий теории был тот факт, что свет должен отклоняться от прямолинейного направления распространения вблизи массивных объектов. Например, вблизи Солнца. В 1919 году Артур Эддингтон отправился в воды Западной Африки, чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу путём наблюдения света звёзд при солнечном затмении. И, как невероятно это не звучало, оказалось, что Эйнштейн был прав. Свет звёзд, действительно, отклонялся, проходя вблизи Солнца.
3. Гипотеза спина
В 1925 году, пытаясь решить одну из загадок только недавно появившейся атомной физики, Ральф Крониг в разговоре с Вольфгангом Паули предположил, что электрон вращается вокруг своей оси. На это Паули резонно ответил, что если бы это было так, то скорость этого вращения была бы в сотни раз выше скорости света, а скорость света, как известно, является предельной скоростью движения любого материального объекта.
Умного Паули не оказалось, однако, рядом с двумя другими молодыми учёными — Джорджем Уленбеком и Сэмюэлем Гаудсмитом, которые выдвинули ту же самую гипотезу в том же 1925 году. Они не побоялись её опубликовать, назвав вращение электрона вокруг собственной оси спином. Позднее оказалось, что Паули всё же был неправ, и спин ничему не противоречит. Просто в мире субатомных частиц наши представления о скорости не действуют.
4. Гипотеза позитрона
Одним из тех, кто первым теоретически доказал существование спина, был ещё один молодой на тот момент человек — Поль Дирак. В 1928 году он вывел уравнение, которое описывает электрон с учётом релятивистских эффектов. В этом уравнении спин появлялся автоматически. Но помимо спина из уравнения Дирака следовала ещё одна странная вещь — получалось, что электроны могут иметь отрицательную энергию.
Подумав, Дирак понял, что это ничему не противоречит, если предположить, что все доступные уровни с отрицательной энергией заняты электронами. Тогда в эксперименте может проявляться только «отсутствие электрона» на одном из этих уровней. При этом такое «отсутствие частицы» будет выглядеть как своеобразная античастица, полностью аналогичная электрону, но имеющая в отличие от него положительный заряд. Уже в 1932 году такие частицы были открыты Карлом Андерсеном, который дал им (по предложению редактора журнала, в котором вышла статья) название, под которыми они известны теперь — позитроны.
5. Гипотеза нейтрино
В те же годы перед физиками стояла ещё одна проблема. Они наблюдали за поведением атомов радиоактивного вещества и обнаружили, что в процессе радиоактивного распада не сохраняется энергия. Нарушение закона сохранения энергии — вещь серьёзная, и требовало резких мер. В 1930 году уже упоминавшийся выше Паули предположил, что недостаток энергии уносит неизвестная до того частица.
Эта частица должна была обладать очень малой массой и практически никак не взаимодействовать с окружающим веществом — иначе бы её давно поймали. Паули настолько сильно сомневался в том, что такое возможно, что даже не стал писать по этому поводу научной статьи, а изложил гипотезу в письме к участникам конференции.
Эту частицу мы теперь знаем как нейтрино. Её смогли поймать только в 1956 году. Работать с ней оказалось настолько сложно, что нейтринная физика начала активно развиваться только в последние десятилетия.
