Наші знання про будову речовини, особливо за останні десятиліття, надзвичайно розширилися. Багато що відомо не тільки про порівняно простій формі речовини, такої, як газ, але також і про рідинах і твердих тілах. Фізика починає зараз проникати і в таємниці найскладніших речовин, що складають основу живої матерії. Але при всій різноманітності, достатку і глибині наших знань про будову речовини - а може бути, саме з цієї причини - ми усвідомлюємо, що наші знання в цій галузі ще дуже далекі від повноти і досконалості.

Всі ми добре знаємо, що основою речовини (по крайней мере, в звичайних умовах) є атом. Він має ядро, що містить протони і нейтрони, і оболонку, що складається з електронів. Так як це всім добре відомо, то питання «Що таке речовина?» Зазвичай не викликає особливих труднощів. Відповідають: «Речовина побудовано з атомів». Однак це відповідь не на поставлене запитання, а на інший: «З чого побудовано речовина?».

Щоб відповісти на питання «Що таке речовина?», Треба знати природу тих частинок, з яких воно складається. На це питання ми відповісти не можемо, тому зупинимося на іншому: «В чому відмінність частинок речовини від інших видів матерії?». І в зв'язку з цим я хотів би порівняти речовина і світло.

Треба сказати, що світло представляється нам чимось другорядним у порівнянні з речовиною. Це відбувається тому, що ми живемо в світі, де панують низькі температури. Чим вище температура, тим більшу роль відіграє світло. При температурах, близьких до «зоряним», роль світла в різних процесах величезна.

«Що таке світло?» Досить вдуматися в це питання, щоб зрозуміти, наскільки він важкий. Якщо ви візьмете підручники фізики, то навряд чи знайдете там відповідь. Адже це не інструкція по налаштуванню інтерактивного телебачення Ростелеком . Це складне фізичне поняття. Хоча зрозуміло для деяких людей і осилити настройку інтерактивного телебачення Ростелеком, немов мегазавдання з квантової механіки. Але повернемося до світла, зазвичай це питання автори обходять і частіше говорять лише про енергію, яку несе світло і яку не зовсім вдало називають променистою енергією. Іноді в книгах світло прямо ототожнюється з енергією, що вже зовсім невірно. Чому це відбувається? Ми добре знаємо, що світло можуть випромінювати частки речовини, і перш за все електрони. Але випромінюючи або поглинаючи світло, електрон як і раніше залишається електроном, змінюється тільки його енергія руху. А частка світла - фотон - народжується при випромінюванні світла і зникає при його поглинанні, тобто світло виконує роль переносника енергії від речовини до речовини.

Тут проявляється дуже суттєва особливість частинок світла - фотонів. Але відмінність між речовиною і світлом зовсім не така проста, як може здатися на перший погляд. У цьому легко переконатися на прикладі радіоактивних атомів.

Як відомо, бета-радіоактивні атоми випускають електрони. Є всі підстави припускати, що ці електрони не існували в ядрі до того, як були поширені. Вони народжуються в момент розпаду. Є і такий вид бета-радіоактивності, як радіоактивний K-захват, при якому електрон захоплюється ядром і перестає існувати, Таким чином, не тільки фотони, але і електрони теж можуть виникати і зникати. Однак закони перетворень цих частинок зовсім різні.

Існує бета-радіоактивний розпад, при якому атомні ядра випускають позитрони - частинки, схожі на електрони, але позитивно заряджені. Є всі підстави вважати позитрони частинками речовини, хоча в звичайному речовині вони не містяться. Виниклий в тому чи іншому процесі позитрон при зустрічі з електроном в дуже короткий термін зникає разом з ним (анігілює), перетворюючись в світло. Має місце і зворотний процес. Світло дуже короткої довжини хвилі здатний народжувати пару частинок - електрон і позитрон. Таким чином, можливі перетворення речовини в світло і світла в речовину.

Мені здається, що якби в навколишньому нас природі вміст радіоактивних атомів було б значно більшим, то наші звичні уявлення про речовину багато в чому були б іншими.

Між світлом і речовиною існує тісний взаємозв'язок. Її чітко можна відчути, якщо звернутися до астрофізиці. Як відомо, всі наші відомості про небесні тіла приносить світло. Тим не менш, ми знаємо про астрономічні об'єкти разюче багато. Це говорить про те, що світло несе вельми детальну інформацію про особливості та склад речовини, яка його породила.

І ще одна обставина. Від далеких зірок світло йде до нас дуже довго, іноді мільйони років і навіть довше. Отже, світло може бути не менш, а навіть більш довговічний, ніж речовина. Правда, для цього необхідні зовсім особливі умови, а саме величезні розміри космічного простору, практично не містять речовини. Однак і речовина стабільно тільки в певних умовах. Так, вільний нейтрон радіоактивний. Він перетворюється в протон, випускаючи електрон і антинейтрино. Те ж саме відбувається і в бета-радіоактивному речовини, що випускають електрони. Однак певні випадки взаємодії нейтронів і протонів в ядрі роблять нейтрони стабільними, і тоді атом може бути стійкий. Навпаки, в ядрі може виявитися нестійким протон. Тоді він перетворюється в нейтрон, і відбувається випущення ядром позитрона і нейтрино (Позітропний бета-розпад).

Ми бачимо, таким чином, що питання про речовину і світлі насправді незмірно складніше, ніж ми зазвичай думаємо.

Автор: І. Франк.