Мезон – частица среднего веса, тяжелее, чем электрон, но легче чем протон. Существует много типов мезонов. Мюон похож на электрон, но в 207 раз тяжелее. Мезоны очень нестабильны. Они распадаются на более легкие мезоны и мюоны, а затем на электроны, нейтрино и фотоны. Мюоны распадаются на электроны и нейтрино двух типов. Большинство мюонов происходит из распада мезонов. Поскольку мюоны имеют заряд, то при движении в атмосфере они теряют энергию путем ионизации атомов газов атмосферы. Поскольку при этом рассеивается небольшая энергия, мюоны имеют большую проникающую способность. Они встречаются в космическом излучении и представляют ту его часть, которая проходит огромное число миль под поверхностью земли и может быть уловлена в глубоких шахтах.
Фундаментальный факт относительно этих двух типов объектов имеет отношение к силам и взаимодействиям. Во вселенной известны четыре типа сил: электромагнитные, гравитационные, слабые и сильные. О последних двух мы будем говорить в главе 16. Пока достаточно сказать, что это лишь некоторые говорящие сами за себя названия. Сильные взаимодействия связывают нейтроны и протоны в ядрах атомов, в то время как примером слабых взаимодействий служит радиоактивный b -распад. Мезоны имеют отношение к сильным взаимодействиям и были исходно постулированы для того, чтобы объяснить устойчивость ядер атомов. Они участвуют в сильных взаимодействиях. Мюоны участвуют только в слабых взаимодействиях.
Когда около 1930 года квантовую механику стали применять к электродинамике, возникла квантовая электродинамика или, для краткости, КЭД. Вскоре оказалось, что это самая лучшая теория, которая применима к гораздо более широкому кругу явлений и размеров объектов, чем какая-либо из предыдущих теорий. (Может быть она – осуществление ньютоновской мечты из “Оптики”). Вначале, как и во всякой физической системе, было сделано несколько упрощающих предположений, например, о том, что электрон является точечным. Предполагалось, что некоторые из ее решений будут иметь особенности, не соответствующие решениям каких-либо реальных физических задач, и что их нужно уточнять различными приближениями ad hoc, например, вводя в уравнения некоторые дополнительные переменные.
Вначале думали, что существующая теория КЭД не применима к самым проникающим частицам в космическом излучении. Таковыми должны быть высокоэнергетичные электроны, и электроны с такой энергией должны производить сингулярности в уравнениях КЭД. Никто этим особенно не был озабочен, поскольку физика и занимается в основном такими подгонками уравнений.
В 1934 году Х. А. Бете и В. Х. Гайтлер вывели одно важное следствие из КЭД. Оно называлось формулой потери энергии и применимо к электронам. В 1936 году две группы исследователей (К. Д. Андерсон и С. Г. Неддермейер, Дж. Ч. Стрит и Е. Ч. Стивенсон), изучавшие космическое излучение с помощью пузырьковых камер, смогли показать, что энергетические частицы в космических лучах не подчиняются формуле потери энергии Бете-Гайтлера. Но на самом деле, несмотря на ожидания, КЭД получила подтверждение. С уравнениями КЭД было все в порядке, речь шла о некоторой новой частице, о существовании которой даже и не подозревали. Эта частица была названа мезотроном, поскольку ее масса лежит посредине между электроном и протоном. Вскоре имя частицы было сокращено до мезона.
В это же время, в 1935 году, Х. Юкава разрабатывал теорию, относящуюся к тому, что удерживает от распада ядро. Он постулировал, что должен существовать некоторый новый тип объектов, также промежуточный по массе между электроном и протоном. Очевидно, что он обращался к проблеме, полностью отличной от космических излучений, и нет причин предполагать, что Андерсон, Неддермейер, Стрит или Стивенсон знали о проблемах сильных взаимодействий. Теорию и эксперимент свели воедино такие люди, как, например, Нильс Бор, которые и предположили, что теория Юкавы применима к мезонам, обнаруженным экспериментально.
Мы точно знаем, когда и как произошло называние экспериментально обнаруженной частицы. Следующие строки, взятые из Physical Review, были написаны Милликеном:
“Прочитав обращение профессора Бора к Британской Ассоциации, написанном в сентябре, где он предлагает рабочее название ‘юкон’ для вновь открытой частицы, я написал ему, невзначай упоминая тот факт, что Андерсон и Неддермейер предложили имя ‘мезотрон’ (промежуточная частица) как наиболее приемлемое название. Только что я получил ответ Бора, в котором он пишет: ‘Имею честь сообщить Вам, что на небольшой конференции по проблемам космического излучения, которую мы только что провели в Копенгагене, абсолютно все, включая Аугера, Блэкетта, Ферми, Гейзенберга и Росси, полностью согласились с предложенным Андерсоном названием ‘мезотрон’ для проникающих частиц из космических лучей.’
Роберт Милликен
Калифорнийский Технологический Институт, Пасадена, Калифорния, 7 декабря 1938 года.”
Заметим, что Бор предложил название “юкон” в честь Юкавы, но название, происходящее из эксперимента, было выбрано единогласно. На самом, деле частица, о необходимости существования которой писал Юкава, вызвала поначалу определенные проблемы: расчетная и экспериментальная продолжительность ее жизни очень сильно отличались. Намного позже, в 1947 году, в космических лучах была обнаружена другая частица, в то время когда на новых ускорителях в экспериментах по рассеянию стали проверять существование целого ряда взаимосвязанных частиц. Это были частицы, о которых писал Юкава, и их назвали p -мезонами. Частица, обнаруженная в 1936 году, стала называться m –мезоном. Через некоторое время стало очевидно, что это совершенно разные типы объектов: p –мезоны и m –мезоны несхожи так же, как и любая пара других объектов природы. Название “мезон” осталось за частицами, обнаруженными в 1947 году, а частица, обнаруженная в 1936 году, стала мюоном. Теперь же в различных историях этой области физики утверждается, что Андерсон и другие на самом деле искали некий объект для того, чтобы подтвердить предположение Юкавы – предположение, о котором они даже не слышали!
Позже я вернусь к вопросу о том, что же идет первым, теория или эксперимент. В главе 9 можно найти множество примеров того, как истории предмета, ориентировавшиеся на теорию, превращали экспериментальные исследования в исследование теории, которая на самом деле была совершенно неизвестна экспериментаторам. Но пока мы занимаемся референцией. История с мезонами и мюонами плохо согласуется с патнэмовским значением “значения”. В конце концов, Патнэму был нужен референт. Название должно применяться к объекту, которому дали данное название в определенной исторической ситуации. В нашем случае крестины имели место в 1938 году. Однако само название “мезотрон”, или мезон”, стало означать для теоретиков “то, что удовлетворяет предположению Юкавы”. Короче говоря, название приобрело некоторого рода фрегевский смысл. Вот что случилось, независимо от того, было ли это актом называния или нет. Когда поняли, что этот смысл не применим к названному объекту, называние было аннулировано и появилось новое имя.
Значение
Патнэмовская теория значения хорошо справляется с историями успеха, как, например, в истории с электронами. Но она отнюдь не совершенна в пограничных случаях. Она оставляет чувство неудовлетворенности в случае бифуркации таких понятий, как “кислотность”. Она не объясняет, как люди могут обсуждать несуществующие объекты вроде теплорода, имея относительно них различные теории, так же успешно, как другие люди обсуждают с позиций различных теорий реальные объекты, например, электроны. Частично это основывается на исторических названиях, на преимуществе в пользу называемого и на причинной цепи правильного типа, ведущей от первого называния к современному использованию имени. Реальные научные сообщества при желании с легкостью отвергают название. Все, кто хотят создать теорию значения для научных терминов, должны улучшить теорию Патнэма. Они также должны обратить внимание на разницу между словами Патнэма и тем, что произошло в реальной жизни в науках о жизни. Эту разницу хорошо описал Джон Дюпрэ. У меня есть только одно предостережение. Когда философы обращаются к этому предмету, пусть они затем не машут руками по поводу кличек, называний и тому подобного. Пусть они, как и Дюпрэ, возьмут в качестве примера таксономию. Давайте говорить о назывании не абстрактно, но применительно к событиям, когда были названы глиптодонты, теплород, электроны или мезоны. С каждым из этих названий связана определенная реальная история. Существует реальное письмо, написанное Милликеном. Имело место реальное собрание французов с целью называния веществ, включая и теплород. Существовал даже реальный Джонстон Стоуни. Истина об этих событиях заткнет за пояс любую философскую литературу.
Я не хотел затрагивать философскую теорию значения. У меня была лишь отрицательная цель – описание теории значения, которая совершенно естественна для широкого спектра языковой практики и которая не включает представлений о несоизмеримости. Это теория такого типа, в которой нуждается научный реалист относительно объектов. Она особенно привлекательна, если быть спокойным по поводу реализма по отношению к теориям. Ведь если считать, что наши теории не строго истинны, то не будет желания использовать их для определения объектов каким-либо раз и навсегда определенным образом. Скорее, необходима теория значения, которая не привязана к какой-либо специальной, обязывающей теории относительно того, на что ссылаются. Конечно, патнэмовское описание референции не заставляет вас быть реалистом. Теперь мы должны понять, почему Патнэм отказался от своего решительного реализма.