Ее простейшие частицы — молекулы. Предположение о них было выдвинуто еще в XVII веке и перешло в доказанное научное понятие в 1860 году. Молекулы — структурные единицы, этакие кирпичики, из которых материя построена наподобие дома. Они обладают химическими, физическими и другими свойствами. Сегодня молекулы видимы в микроскоп среднего разрешения, который может их сфотографировать. Вопросов и споров тут уже нет.
Исследования, которые проводились еще в XIX веке, доказали, что молекула состоит из атомов. Они тоже являются кирпичиками, но уже для строительства молекулы. Атомы видны в современные электронные микроскопы. И тоже нет сомнения в их существовании.
Более глубокие научные работы ХХ века показали, что и атом состоит из более мелких частиц. Атом образуют протоны, электроны и нейтроны. Планетарная модель атома была предложена Резерфордом в 1911 году и не теряет актуальности сегодня. Она позволяет в упрощенной форме представить конструкцию любого атома, напоминающую Солнечную систему.
В центре атома — массивное положительно заряженное ядро из протонов, количество которых равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны. Их число тоже совпадает с порядковым номером в таблице Менделеева. Поэтому в целом атом нейтрален. Сюрприз в том, что в ядре кроме протонов есть еще и нейтроны, названные так, потому что якобы не имеют ни положительного, ни отрицательного заряда.
С добавлением в картину мира и строение материи протонов, электронов и нейтронов все стало намного сложнее. Скажем, в 1930-м Вольфганг Паули выдвинул гипотезу о нейтрино, а через четыре года Энрико Ферми ввел в оборот этот термин. Это еще меньшая частица, крайне слабо взаимодействующая с материей, но имеющая три разновидности: электронную, мюонную и тау. Нейтрино вообще еле-еле удалось обнаружить, у этой частички практически нет массы и измеряемого размера.
Появились вопросы, на которые уже не могли и не могут внятно ответить ни законы классической механики, ни прошлое, ни современное научное оборудование. Изучение подобных частиц длится уже практически век, но идет медленно и с переменным успехом. Например, со скрипом удалось вычислить массу электрона, а вот его форма и размер — предмет многолетних споров. Крепким орешком оказался и протон. Его долго не удавалось вообще выделить из атома. Это случилось лишь в 1950-х годах. Не подарком оказался и нейтрон, у которого обнаружился… антинейтрон. Встречаясь, они аннигилируют, а потому говорить о совершенной нейтральности нейтрона не приходится.
Неизбежно возник и вопрос, из чего состоят частицы-крохотули, если они такие «капризные». В поисках ответов наука предположила адроны, первоначально заподозренные в протоне. Изучать адроны оказалось крайне сложно, потому что, во-первых, их уйма. Количество модификаций частичек такого типа буквально ужасало физиков. Они в течение нескольких лет исследований чуть ли не каждый день открывали новую частицу. Во-вторых, адроны постоянно распадаются.
На что? В 1960-х был предсказан кварк. В дальнейшем удалось определить, что он существует. Но всего тысячные доли секунды. Невозможность наблюдать кварки дольше склоняла ученых к тому, что это всего лишь математическая абстракция. Уже в XXI веке на Большом адронном коллайдере (ускоритель частиц протяженностью около 27 километров под землей на границе Франции и Швейцарии, введен в эксплуатацию в 2008 году и является крупнейшей в мире экспериментальной установкой) было все же доказано, что кварки есть.
Их размеры в 20 000 раз меньше протона. А между кварками снуют глюоны — так называемые служебные частицы, возможно, еще меньше, обеспечивающие взаимодействие между кварками. Тут уж вообще ум за разум заходит. Но на сегодня именно кварк признан мельчайшей бесструктурной элементарной частицей и фундаментальной составляющей материи. Однако и кварк нестабилен. В его составе предсказано наличие преонов.
В операциях с материей уже стали реальностью нанотехнологии. Но они оперируют деталями, которые в сравнении с перечисленными частицами — глыбы. И хотя наука о материи сделала за последние два века большой шаг вперед, однако и сегодня говорить об однозначном понимании устройства вещества невозможно. Да и вряд ли такое понимание вообще наступит. Если пространство и время в обе стороны бесконечны, то почему материя окажется конечной?
Но гораздо актуальнее сегодня то, насколько человечество готово к возможностям, которые открывают новые знания. Не исключено, что их обретение идет так медленно и с таким огромным трудом из-за больших сомнений или вообще неверия кого-то в созидательность практического применения новых знаний.