Владимир Келер - Сергей Вавилов

• Название: Сергей Вавилов
• Автор: Владимир Келер
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1961

В 1911 году в знак протеста против произвола царского правительства Московский университет покинул великий русский физик П. Н. Лебедев. В подвале дома в Мертвом переулке он организовал физическую лабораторию. Его помощником в этой «подпольной лаборатории» стал Сергей Вавилов.

После Октября С. И. Вавилов беззаветно отдает весь свой талант служению социалистической Родине. Имя С. И. Вавилова, автора пятисот научных работ, приобретает мировую известность. Огромное значение для развития всей советской науки имела деятельность С. И. Вавилова на посту президента Академии наук СССР.

Эта книга — первая популярная биография крупнейшего советского физика.

---

Все идет, как ожидалось: меньше растворено солей — меньшая люминесценция. Это естественно, так как холодное свечение вызывается возбуждением молекул соли, а не воды.

Наконец в растворе остаются лишь следы уранила. Теперь уж, разумеется, никакого свечения быть не может.

Но что это? Черенков не верит своим глазам.

Уранила осталась гомеопатическая доза, а свечение продолжается. Правда, очень слабое, но продолжается. В чем дело?

Черенков выливает жидкость, тщательно промывает сосуд и наливает в него дистиллированную воду. Но что это? Чистая вода светится так же, как и слабый раствор. А ведь до сих пор все были уверены, что дистиллированная вода не способна к люминесценции.

Черенков взволнован и рассказывает своему руководителю о неудачном опыте. Но Сергей Иванович тоже не знает, чем объяснить странное свечение.

— Может быть, вода все-таки не совсем чиста? Не растворяется ли в ней — пусть в самой ничтожной доле — стекло? Стекло засоряет воду, и в результате возникает этот непонятный эффект.

Вавилов советует аспиранту попробовать поставить вместо стеклянного сосуд из другого материала. Черенков берет платиновый тигель и наливает в него чистейшую воду. Под дном сосуда помещается ампула со ста четырьмя миллиграммами радия. Гамма-лучи вырываются из крошечного отверстия ампулы и, пробивая платиновое дно и слой жидкости, попадают в объектив прибора, нацеленного сверху на содержимое тигля.

Снова приспособление к темноте, снова наблюдение, и… опять непонятное свечение.

— Это не люминесценция, — твердо говорит Вавилов. — Это какое-то новое, неизвестное пока науке оптическое явление.

Вскоре всем становится ясно, что в опытах Черепкова имеют место два вида свечения. Один из них — люминесценция. Но люминесценция наблюдается лишь в концентрированных растворах. В дистиллированной воде под влиянием гамма-облучения мерцание вызывается иной причиной…

А как поведут себя иные жидкости? Может быть, дело не в воде?

Аспирант наполняет тигель различными спиртами, толуолом, другими веществами. Всего он испытывает шестнадцать чистейших жидкостей. И слабое свечение наблюдается всегда. Поразительное дело! Оно оказывается очень близким по интенсивности для всех материалов. Разница не превышает 25 процентов. Четыреххлористый углерод светится всех сильнее, изобутановый спирт — всех слабее, но так, что разница их свечений не превышает 25 процентов.

Черенков пытается погасить свечение особыми веществами, считающимися сильнейшими тушителями обычной люминесценции. Он добавляет в жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий, анилин… Эффекта никакого. Свечение не прекращается.

По совету руководителя он нагревает жидкость. На люминесценцию это влияет сильно: она ослабевает и прекращается совсем. Но в данном случае яркость свечения нисколько не меняется. Еще одно подтверждение правоты Вавилова, что здесь какое-то особое, доныне неизвестное явление.

Какое же именно?

И вот в 1934 году в «Докладах Академии наук СССР» появляются первые два сообщения о новом виде излучения: П. А. Черенкова, излагающего подробно результаты экспериментов, и С. И. Вавилова. Руководитель высказывает предположение, что свечение вызывается не самими гамма-лучами, а свободными быстрыми электронами, возникающими при прохождении гамма-лучей в среде.

Эта точка зрения была подтверждена впоследствии. Подтвердил ее тот же Черенков, а затем и американские физики Коллинз и Рейлинг.

У таинственного свечения была установлена одна особенность: его нельзя было увидеть, став где ни попало рядом с прибором. Наблюдатель видел свечение только в пределах узкого конуса, ось которого совпадала с направлением гамма-излучения.

Учтя это существенное обстоятельство, Черенков поместил свой прибор в сильное магнитное поле. Он тут же убедился, что поле отклоняет узкий конус свечения в сторону. Но это возможно лишь для электрически заряженных частиц, какими являются электроны, и невозможно для электромагнитных волн, не имеющих заряда.

Источник возникновения электронов был ясен с самого начала: гамма-лучи радия выбивали их из атомов жидкости. Значит, Сергей Иванович прав: свечение вызывается электронами.

Позднее аспирант Вавилова воспользовался непосредственно бета-лучами, представляющими собою, как известно, поток быстрых электронов. Он облучил ими те же жидкости, что и раньше, и получил такой же световой эффект, как при гамма-облучении.

Американцы повторили опыт Черенкова, причем проделали это с большим размахом: они применили мощный поток электронов, ускорив его электростатическим генератором до огромной энергии в 2 миллиона электроновольт. Результаты Коллинза и Рейлинга во всем принципиальном совпали с результатами русского физика.

Итак, загадочное оптическое явление возникает только там, где налицо движение быстрых электронов. Ответ на вопрос № 1 был получен. Вопрос № 2, требовавший ответа, заключался в следующем: как выглядит механизм преобразования движения электронов в движение фотонов необычного свечения?

Если сыпать на сковородку горох, то какая-то доля энергии гороха превратится в звук. Если на пути быстрых электронов поставить металлическое препятствие, то некоторая часть энергии торможения электронов превратится в рентгеновские лучи. Не наблюдается ли чего-нибудь подобного и в черенковских опытах?

Сергей Иванович сперва утвердительно ответил на это. «Да, — таков был смысл его ответа, — черенковское свечение — нечто вроде видимого „хвоста“ невидимого рентгеновского излучения. Явление, наблюдаемое Черенковым, представляет собою сравнительно длинноволновое электромагнитное излучение, потому его и можно наблюдать без помощи флуоресцирующей пластинки — экрана, как рентгеновские лучи».

Подобное объяснение, однако, оказалось неверным. Вскоре (в 1937 году) два советских физика — другой ученик Вавилова И. М. Франк и И. Е. Тамм нашли иное, правильное объяснение. Вкратце оно сводилось к следующему.

Воспользуемся аналогией.

Всем известно, что существуют так называемые сверхзвуковые самолеты. Это аппараты, обгоняющие собственный звук. Узнать об их приближении по реву моторов невозможно. По фронту движения такого самолета перемещается могучая ударная волна. Она порождает определенные механические эффекты.

Электроны свечения Вавилова — Черенкова, как показали Франк и Тамм, это сверхсветовые электроны. Они летят быстрее, чем фотоны света в данной среде (в воде, спирте, воздухе и т. д.), и тоже создают своеобразные ударные волны. Только эти волны не звуковые, а световые.

В пустоте скорость света, как известно, предельно возможная в природе. Поэтому в пустоте даже самые быстрые электроны не могли бы обогнать световые фотоны. Отсюда следствие: явление Вавилова — Черенкова может наблюдаться только в веществе, только в более или менее плотных средах.

Оглядываясь назад, любопытно провести одну историческую аналогию.

В 1932 году английский ученый Джемс Чедвик открыл нейтрон — ключ к расщеплению атома. Годом позже Вавиловым и Черенковым было открыто свечение, названное их именами. Добрых полтора десятка лет открытия-ровесники представляли для физиков лишь академический интерес, не более.

Но наступили сороковые годы, и пути открытий-ровесников разошлись.

Первая крупная практическая «работа» нейтронов привела к уничтожению десятков тысяч человеческих жизней в двух крупнейших городах Японии.

Вскоре было обращено к практической деятельности и черенковское свечение. В 1947 году советский физик В. Л. Гинзбург показал, как с помощью явления Вавилова — Черенкова можно вырабатывать ультракороткие миллиметровые и субмиллиметровые радиоволны. Тогда же были предложены впервые получившие сразу огромное распространение важные физические приборы, достаточно чувствительные для регистрации отдельных фотонов, — так называемые фотоумножители.

С тех пор ученые больше не сидят часами в темноте, изучая оптические явления. Электронные приборы автоматически ведут подсчет фотонов излучения Вавилова — Черенкова, замечая и то, чего не мог бы заметить даже самый натренированный глаз.

Во многих опытах, например при открытии частиц антивещества — антипротона и антинейтрона, — так называемые «черенковские счетчики» сыграли огромную полезную роль.

Выявляется все больше важных областей применения эффекта двух ученых, особенно после того, как было установлено, что этот эффект вызывается не только электронами, но и вообще всеми быстродвижущимися электрически заряженными частицами: мю-мезонами, протонами и другими.

В 1946 году Вавилов вместе с Черенковым, Франком и Таммом получил за развитие теории явления Сталинскую премию.

Голубое сияние сверхскоростных заряженных частиц, открытое в лаборатории Вавилова, скоро и уверенно начало служить благим целям. Позднее именно развитие мирной техники, опирающейся на использование свечения Вавилова — Черенкова, стало той основой, на которой Шведская Академия наук присудила Нобелевскую премию по физике трем советским ученым: П. А. Черенкову, И. М. Франку и И. Е. Тамму.