Після великого відкриття Ейнштейна минуло 60 років, і практика переконливо показала, що передбачення теорії відносності справді підтвердилися. Сучасну науку й техніку вже неможливо уявити без теорії відносності. Атомне століття водночас є й століттям теорії відносності. Без неї не вдалося б вивільнити енергію ядра. Про застосування теорії відносності в техніці ми згадували. Розглянемо тепер коротко питання про використання теорії відносності в теоретичній фізиці, зокрема в теорії елементарних частинок.
Теорія відносності є єдиною теорією простору й часу. Це означає, що під час опису всіх процесів, які відбуваються в просторі й часі, треба мати на увазі основні вимоги цієї теорії, особливо вимогу рівноправності всіх інерціальних систем. Застосування цієї вимоги виявилося одним із найплідніших прийомів в історії теоретичної фізики. Яскравим прикладом цього може слугувати історія відкриття позитрона й антипротона.
У 1928 р. англійський фізик П. Дірак створив теорію електрона, врахувавши всі вимоги спеціальної теорії відносності. Усі передбачення теорії напрочуд точно збігалися з результатами експериментів, крім одного. Знайдені рівняння не обмежувалися описом самих лише електронів, а говорили ще про якісь частинки з масою електрона, але з додатним зарядом. Дірак був вражений. Єдиними відомими на той час частинками з додатним зарядом були протони, але їхня маса перевищує масу електрона в 1837 разів. Рівняння явно говорили про якісь інші частинки. Дірак назвав їх антиелектронами.
Гіпотетичний антиелектрон, про існування якого говорила теорія Дірака, вважали серйозною вадою цієї теорії. Найдивовижнішим, однак, було таке передбачення: при зустрічі електрона й антиелектрона обидва вони мають зникнути, породжуючи γ-квант, або ж, навпаки, якщо енергія γ-кванта більша за 1,02 МеВ, то вони можуть перетворитися на пару, що складається з електрона й антиелектрона. Цілком незрозумілі передбачення! Видатний фізик-теоретик В. Паулі писав про це 1932 року: «Виявляється, що труднощі в теорії справді глибокі, і їх неможливо ні відкинути, ні якось подолати».
І раптом з'ясувалося, що насправді жодних труднощів немає. У 1932 р. відкрили нову елементарну частинку з масою, що дорівнює масі електрона, і вона несла додатний електричний заряд. Цю частинку стали називати позитроном. Виявилося, що властивості позитрона точно збігаються з властивостями загадкового антиелектрона, передбаченого теорією Дірака. Щойно позитрон зустрічається з електроном, обидва вони зникають, породжуючи один або кілька γ-квантів із загальною енергією (me + + mp)c2 (me — маса електрона; mp —маса позитрона). Це саме той процес, про який говорить заснована на теорії відносності теорія електрона: маса електрона й позитрона зникає, вивільняється енергія, еквівалентна цим масам. Звичайно, можливий і зворотний перехід, коли за рахунок енергії у-кванта виникає пара: електрон — позитрон (у цьому випадку енергія перетворюється на масу спокою). І таке перетворення було виявлене експериментально.
Передбачення теорії Дірака були настільки сміливими, що спочатку в них ніхто не вірив, зокрема й сам автор теорії. І все-таки вони справдилися. Таку дивовижну здатність до ясновидіння теорія набула завдяки врахуванню всіх основних вимог теорії відносності. Відкриття позитрона було тріумфом цієї теорії.
Надалі фізики стали сміливішими. На порядок денний став протон. Ця частинка несе додатний заряд, але за низкою інших властивостей вона дуже схожа на електрон. Теорія протона, що враховує вимоги теорії відносності, передбачає й існування відповідної протону античастинки.
Теорія передбачала, що в природі має існувати частинка з такою самою масою, як протон, але з від'ємним електричним зарядом. Цю частинку стали називати антипротоном. З теорії випливало також, що, зустрічаючись, протон і антипротон мають анігілювати і що при цьому вивільнятиметься енергія, яка дорівнює (Mp + Ma)c2 (Mp — маса протона; Ma — маса антипротона).
Згідно з теорією можливий також зворотний процес, коли виникає пара: протон — антипротон. Чи правильні ці передбачення? Учені взялися до пошуків антипротона. Яка велика ця енергія, за рахунок якої може утворитися пара частинок протон — антипротон? Обчислення показує, що маса спокою протона еквівалентна 938 МеВ, те саме можна сказати й про антипротон. Щоб виникли протон і антипротон, потрібно витратити не менше ніж 1876 МеВ енергії. Крім того, задоволення закону збереження імпульсу вимагає ще додаткової енергії. Обчислення показують, що виникнення пари протон — антипротон можна очікувати в тому разі, якщо в мішень з якоїсь речовини спрямувати пучок протонів, що мають кінетичну енергію щонайменше 5600 МеВ кожен. Маса таких протонів перевищує їхню масу спокою майже в сім разів, а швидкість більша за 297 000 км/с.
У 1955 р. в Сполучених Штатах Америки запустили прискорювач, у якому протони набули енергії, потрібної для народження пари протон — антипротон. Науковим світом облетіла звістка про відкриття антипротона. Віра вчених у теорію відносності виправдалася. Властивості антипротона виявилися саме такими, як передбачала теорія: при зустрічі антипротона з протоном вони анігілюють, причому вивільняється кількість енергії, еквівалентна їхнім масам. Носіями цієї енергії стають мезони та γ-кванти.
Теорія відносності є єдиною теорією простору й часу. Це означає, що під час опису всіх процесів, які відбуваються в просторі й часі, треба мати на увазі основні вимоги цієї теорії, особливо вимогу рівноправності всіх інерціальних систем. Застосування цієї вимоги виявилося одним із найплідніших прийомів в історії теоретичної фізики. Яскравим прикладом цього може слугувати історія відкриття позитрона й антипротона.
У 1928 р. англійський фізик П. Дірак створив теорію електрона, врахувавши всі вимоги спеціальної теорії відносності. Усі передбачення теорії напрочуд точно збігалися з результатами експериментів, крім одного. Знайдені рівняння не обмежувалися описом самих лише електронів, а говорили ще про якісь частинки з масою електрона, але з додатним зарядом. Дірак був вражений. Єдиними відомими на той час частинками з додатним зарядом були протони, але їхня маса перевищує масу електрона в 1837 разів. Рівняння явно говорили про якісь інші частинки. Дірак назвав їх антиелектронами.
Гіпотетичний антиелектрон, про існування якого говорила теорія Дірака, вважали серйозною вадою цієї теорії. Найдивовижнішим, однак, було таке передбачення: при зустрічі електрона й антиелектрона обидва вони мають зникнути, породжуючи γ-квант, або ж, навпаки, якщо енергія γ-кванта більша за 1,02 МеВ, то вони можуть перетворитися на пару, що складається з електрона й антиелектрона. Цілком незрозумілі передбачення! Видатний фізик-теоретик В. Паулі писав про це 1932 року: «Виявляється, що труднощі в теорії справді глибокі, і їх неможливо ні відкинути, ні якось подолати».
І раптом з'ясувалося, що насправді жодних труднощів немає. У 1932 р. відкрили нову елементарну частинку з масою, що дорівнює масі електрона, і вона несла додатний електричний заряд. Цю частинку стали називати позитроном. Виявилося, що властивості позитрона точно збігаються з властивостями загадкового антиелектрона, передбаченого теорією Дірака. Щойно позитрон зустрічається з електроном, обидва вони зникають, породжуючи один або кілька γ-квантів із загальною енергією (me + + mp)c2 (me — маса електрона; mp —маса позитрона). Це саме той процес, про який говорить заснована на теорії відносності теорія електрона: маса електрона й позитрона зникає, вивільняється енергія, еквівалентна цим масам. Звичайно, можливий і зворотний перехід, коли за рахунок енергії у-кванта виникає пара: електрон — позитрон (у цьому випадку енергія перетворюється на масу спокою). І таке перетворення було виявлене експериментально.
Передбачення теорії Дірака були настільки сміливими, що спочатку в них ніхто не вірив, зокрема й сам автор теорії. І все-таки вони справдилися. Таку дивовижну здатність до ясновидіння теорія набула завдяки врахуванню всіх основних вимог теорії відносності. Відкриття позитрона було тріумфом цієї теорії.
Надалі фізики стали сміливішими. На порядок денний став протон. Ця частинка несе додатний заряд, але за низкою інших властивостей вона дуже схожа на електрон. Теорія протона, що враховує вимоги теорії відносності, передбачає й існування відповідної протону античастинки.
Теорія передбачала, що в природі має існувати частинка з такою самою масою, як протон, але з від'ємним електричним зарядом. Цю частинку стали називати антипротоном. З теорії випливало також, що, зустрічаючись, протон і антипротон мають анігілювати і що при цьому вивільнятиметься енергія, яка дорівнює (Mp + Ma)c2 (Mp — маса протона; Ma — маса антипротона).
Згідно з теорією можливий також зворотний процес, коли виникає пара: протон — антипротон. Чи правильні ці передбачення? Учені взялися до пошуків антипротона. Яка велика ця енергія, за рахунок якої може утворитися пара частинок протон — антипротон? Обчислення показує, що маса спокою протона еквівалентна 938 МеВ, те саме можна сказати й про антипротон. Щоб виникли протон і антипротон, потрібно витратити не менше ніж 1876 МеВ енергії. Крім того, задоволення закону збереження імпульсу вимагає ще додаткової енергії. Обчислення показують, що виникнення пари протон — антипротон можна очікувати в тому разі, якщо в мішень з якоїсь речовини спрямувати пучок протонів, що мають кінетичну енергію щонайменше 5600 МеВ кожен. Маса таких протонів перевищує їхню масу спокою майже в сім разів, а швидкість більша за 297 000 км/с.
У 1955 р. в Сполучених Штатах Америки запустили прискорювач, у якому протони набули енергії, потрібної для народження пари протон — антипротон. Науковим світом облетіла звістка про відкриття антипротона. Віра вчених у теорію відносності виправдалася. Властивості антипротона виявилися саме такими, як передбачала теорія: при зустрічі антипротона з протоном вони анігілюють, причому вивільняється кількість енергії, еквівалентна їхнім масам. Носіями цієї енергії стають мезони та γ-кванти.