Может возникнуть вопрос: откуда ядерные частицы берут пи-мезоны, которыми они меняются? Из себя самих! По современным воззрениям, протон, например, представляет собой какое-то сверхплотное центральное сгущение, окруженное «облаком» мезонов, которые существуют «виртуально» — все время испускаются и тут же поглощаются.

Итак, поскольку издали совершать обмен «неудобно», нейтрону и протону, беспрестанно превращающимся друг в друга, как бы непрерывно меняющимся местами, приходится быть очень близко друг к другу. Обмен сближает меняющихся. А это, по существу, и представляет собой действие сил притяжения.

Кстати, непрерывное взаимное превращение протонов и нейтронов приводит к тому, что в ядре невозможно указать их точное местонахождение в каждый момент времени. Поэтому, когда речь идет о частицах, находящихся в ядре, их объединяют общим названием — нуклоны.

Приведенный нами пример детского обмена не претендует на разъяснение обменных сил. Явление это настолько своеобразное, что ни в классической физике, ни тем более в обыденной жизни не подберешь к нему достаточно убедительного сравнения. Но все же пример не бесполезен. Он говорит хотя бы о необычайной сложности процессов, происходящих в атомном ядре. Выясняется и другое: ядро отнюдь не неподвижно. Оно постоянно бурлит в необычном, ему одному присущем молниеносном круговороте.

А мы то думали, что ядро «спит»!

Поистине материя немыслима без движения — и в ничтожном атомном ядре и в гигантском Солнце.

ДВЕ ЗАДАЧИ

Прилежному первокласснику задают нелегкую задачу.

Первоклассник морщит лоб, складывает 80 и 20, получает в ответе 100 и пятерку в классный журнал.

Ленивый студент-физик вытягивает на экзамене билет с пустяковой задачей.

Студент пожимает плечами, складывает столбиком 1,00814 и 1,00898, получает 2,01712 и... вполне заслуженную двойку в зачетную ведомость.

В чем дело? Арифметика-то соблюдена!

Зато забыта физика!

Студент обязан был знать о существовании ядерных сил и о законе взаимосвязи массы и энергии.

Когда вы кладете сыр на хлеб, ничего необычного не происходит. Сыр спокойно ложится на ломоть. Иначе говоря, массы самым немудреным способом складываются.

А как идет соединение протона и нейтрона?

Вообразите, что вы, каким-то волшебством очутившись в микромире, медленно сдвигаете эти частички. Ближе, ближе... вот они уже на расстоянии 2 • 10^-13 сантиметра. И тут вступают в действие могучие ядерные силы. Между частицами начинается мезонный обмен. Вырвавшись из ваших рук, они с безудержной стремительностью сталкиваются и испускают порцию энергии. Образовавшееся ядро тяжелого водорода—дейтон тут же улетает куда-то в сторону.

При сближении притягивающихся тел всегда выделяется энергия. В нашем же случае благодаря огромной величине ядерных сил относительное освобождение энергии особенно велико — в миллионы миллиардов раз больше, чем, скажем, при падении камня на землю.

Но ведь, по Эйнштейну, освобождение энергии влечет за собой уменьшение массы. Вы убедились бы в этом, сумев поймать и взвесить образовавшийся дейтон. Его атомный вес получился бы таким: 2,01474. Эту цифру и должен был написать наш злополучный студент, чтобы не получить двойку.

Таким образом, атомный вес дейтона на 0,00238 меньше простой суммы атомных весов протона и нейтрона. Недостаток массы, или, по принятой терминологии, дефект массы, соответствует, по формуле Эйнштейна, энергии в 3,5^.10⁶ эрга, или 2,18 мэв . Столько энергии и выделилось при соединении частиц. А чтобы разделить их, пришлось бы, наоборот, такое же количество энергии затратить.