5 книг о том, что такое физика элементарных частиц
Мир элементарных частиц, устройство мироздания на грани известного и за ее пределами, теория суперструн и прочие удивительные теоретические конструкции, от которых у неспециалистов «вскипают мозги» — все это не отпугивает, а, наоборот, притягивает массового читателя. Но только обычно все это воспринимается как разновидность фантастики, как безудержный полет фантазии теоретиков, зачастую пересказанный в еще более восторженных формулировках.
Между тем мир элементарных частиц совершенно реален и вполне постигаем. И уж тем более реальна история того, как исследователи, преодолевая препятствия, сумели заглянуть в микромир с помощью своих макроскопических инструментов и научились «считывать» исходный код мироздания, пусть пока лишь частично.
Я хочу предложить читателю-неспециалисту несколько книг разного уровня по физике частиц. Если вы пресытились гротескной сенсационностью и хотите познакомиться с миром элементарных частиц в сдержанных тонах, в том оформлении, в котором его видят сами ученые, — эти книги для вас. Взятые вместе, они дадут вам популярное, но достаточно сбалансированное введение в реальную физику элементарных частиц.
В своем камчатском детстве я зачитывался физикой — но не школьной, а современной, которую находил в нашей областной библиотеке. Все было такое вкусное, от всего захватывало дух. Но я отчетливо помню, что именно после этой книги я бесповоротно влюбился в мир элементарных частиц. Она не только выстроила для меня хронологию изучения микромира, но и передала ощущение: вот он, передний край физики! После нее я залпом проглотил все доступное мне про элементарные частицы, а когда в пятнадцать лет поехал в физматшколу в Новосибирск, я уже знал, что дальше буду заниматься теоретической физикой элементарных частиц.
Книга хороша своей последовательностью изложения того, как человек проникал в микромир — сначала умозрительно, а затем инструментально. Рассказ начинается с древних времени и доходит до передовых исследований, до россыпи элементарных частиц и удивительных законов, которые начинают угадываться за их поведением. Да, с тех пор передний край продвинулся далеко вперед, да и сама эта книга уже стала библиографической редкостью. Но предыстория в ней изложена очень доступно и привлекательно.
Эта книга — классика советского научпопа, истории об элементарных частицах, рассказанные с любовью и пониманием. Авторы, реально работающие ученые, не тратят много времени на раннюю историю, а начинают с той очень простой и прозрачной картины микромира, которая сложилась у физиков в начале XX века. Мироздание выглядело восхитительно простым и экономным. Все, что надо для устройства материи, — и ничего лишнего!
А затем, в середине XX века, посыпались открытия новых частиц, которых никто не ждал, никто не хотел, никто не понимал. От простоты не осталось и следа; вместо ясных и понятных «винтиков» микромира вскрылся какой-то винегрет. 1950-е годы — период, когда физики пытались нащупать хоть какой-то смысл в этом зоопарке. В 1960-е годы пришло прозрение и вскрылся организующий принцип в устройстве частиц. 1970-е годы принесли новые подтверждения догадкам и, наконец, стройную теорию — Стандартную модель, — которая с небольшими дополнениями остается нашим наилучшим описанием микроскопической реальности. И все это рассказано с погружением в эпоху, с объяснениями, с любовью.
В современных популярных книгах про ту эпоху настолько подробно уже не пишут. Это винтаж физики частиц — но именно им эта книга и хороша. Она позволяет вам погрузиться в эпоху и понять, как формировалась та физика высоких энергий, которую мы видим сегодня.
Фрэнк Вильчек — не только выдающийся физик-теоретик широчайшего охвата и смелого полета мысли, лауреат Нобелевской премии по физике за 2004 год, но и прекрасный рассказчик. В своей книге 2008 года, переведенной недавно на русский язык, он все время возвращается к центральному вопросу: что такое масса и откуда она берется. И по мере того как мы вместе с автором погружаемся в хитросплетения современной физики сильных взаимодействий и уходим дальше, за пределы проверенного в эксперименте, мы узнаем все более и более удивительные грани нашего мира.
В подзаголовке книги фигурирует «эфир». Но это не тот наивный эфир, который пронизывал физику XIX века, а цепкое, отчасти провокационное слово, которым Вильчек называет реальный физический вакуум. Именно он в конечном счете создает почти всю массу обычного вещества и именно он, возможно, в будущем приведет нас к новым открытиям.
Книга ценна не подробным перечнем частиц и их реакций, а, прежде всего, неортодоксальной последовательностью рассказа, необычным взглядом на физику частиц изнутри. Она будет особенно полезна тем, кто уже познакомился со стандартными научно-популярными материалами про мир элементарных частиц и хочет получить свежий взгляд на вещи.
Еще одна шикарная книга из советского научно-популярного наследия, написанная классиком физики частиц. Она вышла давно, но затем обновлялась и переиздавалась, в последний раз — в 2013 году. Я сам ее читал еще в школе, неоднократно возвращался к ней в университете, а потом непременно рекомендовал ее студентам-физикам для первого знакомства с элементарными частицами за пределами обычного научпопа.
Эта небольшая книга удивительна своей многослойностью. Это не учебник в традиционном понимании, но и не развлекательное чтение. Эта книга-беседа для тех, кто еще не приступил к полноценному курсу квантовой теории поля, но уже хочет узнать про мир элементарных частиц что-то серьезное. В книге есть формулы, есть картинки, есть много текста и разъяснений. Ее может читать и понимать и заинтересованный школьник, и студент, и аспирант, и ученый-физик из соседней области.
Добрую половину книги наполняют тщательно составленные приложения: подробный словарик и аннотированный список литературы. Сейчас, в эпоху онлайн-библиографии, он, конечно, устарел, но в свое время это была бесценная, выверенная подборка.
У Льва Борисовича есть и другие книги по элементарным частицам. Книжка «αβγ... Z: Элементарное введение в физику элементарных частиц» вышла в 1985 году в виде выпуска 45 «Библиотечки Квант». Хотя она ориентирована на школьника, она мне не кажется проще, чем «Физика элементарных частиц». Другая книга, «Лептоны и кварки» (не путать с книгой «Кварки и лептоны» за авторством Ф. Хелзена и А. Мартина, тоже неплохой), уже уровнем повыше; она для тех, кто хочет поучиться расчету диаграмм, особенно с участием адронов.
Дальнейшее серьезное погружение в физику элементарных частиц опирается уже на полноценные курсы квантовой механики и квантовой теории поля. Изданы десятки, если не сотни отличных учебников разной степени сложности и охвата. Но это уже специальная учебная и научная литература. Если же у вас за плечами этих курсов нет, но вы чувствуете в себе силы и непреодолимое желание перейти на уровень глубже, я могу посоветовать вот этот учебник.
Да, там есть математика, основы квантовой теории поля и примеры расчета диаграмм. Если вам это кажется китайской грамотой — пропускайте. В книге есть немало обсуждений на качественном уровне: явления из мира сильных и слабых взаимодействий, методы их экспериментального исследования, теоретические попытки нащупать физику за пределами Стандартной модели. Если же вы знаете квантовую механику и хотите параллельно с вводным курсом по квантовой теории поля познакомиться и с современной физикой частиц — эта книга прямо-таки для вас.