Даниил Данин - Вероятностный мир

• Название: Вероятностный мир
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Знание
• Жанр: Альтернативная история
• Год: 1981

14 декабря 1900 года впервые прозвучало слово «квант». Макс Планк, произнесший его, проявил осторожность: это только рабочая гипотеза. Однако прошло не так много времени, и Эйнштейн с завидной смелостью заявил: квант — это реальность! Но становление квантовой механики не было спокойно триумфальным. Здесь как никогда прежде драма идей тесно сплеталась с драмой людей, создававших новую физику. Об этом и рассказывается в научно–художественной книге, написанной автором таких известных произведений о науке, как «Неизбежность странного мира», «Резерфорд», «Нильс Бор». Собирая материал для своих книг, автор дважды работал в архиве Института теоретической физики в Копенгагене.

Книга научно–художественная. Для широкого круга читателей.

---

Подумалось: да ведь это провидчески написано прямо про нашу хорошую историю — про возведение квантового моста между микро–и макромирами!

Уязвимые тонкие нити… И нерасторжимая общая связь…

А еще подумалось, что это приложимо и к свершениям тех десятилетий, которые последовали за эпохой бури и натиска, когда квантовая физика, достигнув твердых берегов действительности, стала и впрямь постепенно охватывать весь видимый мир. И при мысли об этом возникло острейшее сожаление, что тут архив замолкает. Время в нем не кажется остановившимся, а вправду остановилось.

Это не в упрек его собирателям: они–то свою программу осуществили на удивление полно. Но нашему ненасытному и такому оправданному интересу к жизни замечательных идей хочется продолжения программы — ее расширения за пределы первой революционной поры. Хочется собрания документальных источников ко всей истории квантовой физики — вплоть до наших дней. И прежде всего — свидетельских рассказов самих ученых.

Легко сказать! Да как представить себе такой необъятный архив? Как его собирать? Не похоже ли это на попытку вычерпать море?

В 20–х годах у Резерфорда в Кавендишской лаборатории работало три десятка сотрудников. Тогда же Бор на чинал работу в своем копенгагенском институте со штатом в семь человек. У Эйнштейна только в конце 20–х годов появилась наконец секретарша… Недаром же лишь около ста ветеранов квантовой революции сумели разыскать историки во всех концах земли, чтобы вызнать у них, «как дело было». А участников всего, что свершила квантовая физика потом, и всего, что создает она сегодня, уже не сотни, а легион. Сколько прозрений и заблуждений, надежд и разочарований, побед и драм… Сколько характеров и судеб!

Охватывая шаг за шагом весь видимый мир, квантовая физика ветвилась и ветвится на множество, хоть и связанных, но раздельных дисциплин. От квантовой теории полей (ровесницы самой квантовой механики) до квантовой теории процессов сознания (новейшего увлечения отважных теоретиков). И у каждой ветви раскидистого древа — своя история роста. Так хорошо бы и свой будущий архив первоисточников!

По нынешним временам это, наверное, единственно реальный путь собирания живых свидетельств и еще не утраченных исторических документов: ветвление хранилищ. И едва ли уже мыслимы архивы мирового масштаба. Надежней создание архивов национальных.

6

Вот мощная ветвь квантового познания микромира: изучение элементарных частиц…

Год 1932–й, условно признанный замыкающим эпоху бури и натиска, был назван физиками «годом чудес». Он удостоился этой чести прежде всего потому, что к трем уже известным элементарным частицам — электрону, протону, фотону — в том году прибавились сразу две новые: Джеймсу Чэдвику открылся предсказанный Резерфордом нейтрон — первая атомная частица без электрического заряда, а Карлу Андерсону открылся предсказанный Дираком позитрон — первая античастица, во всем копирующая электрон, но заряженная положительно.

5 частиц — весь улов трех с половиной десятилетий. А еще через три десятилетия с лишним «Физический словарь» смог сообщить: «К 1965 г. общее число элементарных частиц заметно превысило 100»!

В научной публицистике появился расхожий образ рога изобилия, из которого посыпались «первоосновы материи». Так стали говорить об этом сами физики, с изумлением оглядывая свое нарастающее богатство: никогда прежде они на него не рассчитывали…

Сначала — два, затем — четыре, а потом и шесть сор тов нейтрино. Два мю–мезона. Три пи–мезона. Четыре К–мезона. Семья нуклонов и целые выводки частиц тяжелее ядерных — дельта–резонансов. Лямбда–гипероны, сигма–гипероны, кси–гипероны. А там и сообщества еще более тяжелых частиц — ипсилон и пси… Разные массы. Разные времена жизни. Разные наборы квантовых характеристик — таких, как издавна знакомый спин и раннее неведомые странность и очарование. Разные роли в основных физических взаимодействиях… А потом еще нежданные–негаданные кварки с дробными электрическими зарядами… И вот в 1978 году энциклопедический том уже оповещает, что число элементарных частиц перевалило за 350!

В самом деле может почудиться, будто некий рог изобилия с легкостью одаривает физиков небывалыми щедротами. Но символического рога нет, а легкость — иллюзия. Как правило, открытие каждой новой частицы — это научный подвиг, сперва — теоретический, потом — экспериментальный. (Хотя заведомо ясно, что не каждая из них — истинно элементарна, а часто лишь представляется элементарной до поры до времени.)

Вспоминается одно из таких открытий.

Оно было сделано весной 1960 года нашими физиками в Дубне. Они показали существование антисигма–минус–гиперона, предсказанного в 50–х годах. Он, этот гиперон, как и все его собратья, нестабилен: время его жизни — от рождения до распада — десятимиллиардные доли секунды (10–10).

Однако, пронизывая камеру–детектор с околосветовой скоростью, он успевает оставить за собою заметный след. И физики умудряются этот след сфотографировать вместе со следами тех частиц, в которые он превращается, распадаясь. А в камере происходят одновременно десятки других микрособытий. Они тоже регистрируются фотопленкой, маскируя искомый редчайший след. Компьютеры тогда еще не помогали физикам в таких исканиях. Дубенским экспериментаторам пришлось самим обследовать 40 000 кадров научной киносъемки, пока на одном из них они не обнаружили желанного гостя и не убедились после кропотливых обсчетов, что их действительно посетил антисигма–минус–гиперон.

Первым почувствовал, что он видит искомое, молодой физик Анатолий Кузнецов. Это его собственное признание — «почувствовал»! Мне случилось тогда написать об этом: для повествования в книге «Неизбежность странного мира» важна была такая психологическая деталь. А всей истории того открытия я не касался. И потому получилось, что приписал одному ученому то, что совершено было целым коллективом.

Потом пришло письмо от Анатолия Кузнецова. Он писал, что мог бы рассказать «много интересного о своих товарищах по работе, которые столько сделали для этого открытия». И перечислил десять своих соавторов да двух учителей, коротко помянув преодоленные трудности.

А когда через три года американские физики искали предсказанный теоретиками Геллманном и Нееманом омега–минус–гиперон, им пришлось изучить следы на 100 000 кинокадрах!

Но не в этих числах со многими нулями существенная новизна. На заре эпохи бури и натиска Марии и Пьеру Кюри понадобилось сделать 10 000 перекристаллизаций, чтобы выделить первые крупицы радия. А резерфордовцам Гейгеру и Марсдену потребовалось пересчитать 1 000 000 сцинтилляций — вспышек на экране от рассеянных на разные углы альфа–частиц, чтобы апробировать идею атомного ядра… Новизна в другом.

Атомы радия и атомные ядра — создания самой природы. А физика элементарных частиц, раскрывая квантовые возможности природы, научилась «собственноручно» создавать объекты своего изучения. Вот этого в эпоху бури и натиска физики делать еще не умели. Да им это было тогда без нужды.

В принципе дело просто… Неотменимо действует эйнштейновский закон эквивалентности энергии и массы — знаменитая формула Е = тс2. Она допускает как бы овеществление энергии в подходящих условиях. Решающее условие очевидно: нужна колоссальная энергия, дабы возникла «вещь» хотя бы ничтожной массы. И обнаружилось: при столкновении высокоэнергичных частиц с другими таинственный механизм приводит к рождению новых частиц. Это постоянно происходит в космических лучах. Но поток их редок и неуправляем. Физики стали снабжать частицы высокой энергией на мощных ускорителях.

Когда в 1955 году американские физики во главе с Э. Сегрэ и О. Чемберленом открывали антипротон, они сумели создать его в Беркли, благодаря ускорителю на 6 миллиардов электронвольт. Для рождения антипротона с его массой водородного ядра такой энергии более чем хватало. Однако для «производства» более тяжелых гиперонов и антигиперонов лучше было владеть источником еще большей энергии. И когда в 1960 году наши исследователи во главе с академиком Владимиром Векслером открывали антисигма–минус–гиперон, подмосковная Дубна была единственным местом на земле, где физики таким источником владели: там уже три года работал крупнейший по тем временам ускоритель — синхрофазотрон на 10 миллиардов электронвольт.

Так история открытия самого малого в природе — элементарных частиц — естественно переплелась с историей конструирования самого большого в лабораторной технике нашего века — гигантских ускорителей. А помог им стать гигантскими прежде всего Владимир Векслер.

Еще во время войны, в 1944 году, он первым — до Эдвина Макмиллана — нашел революционизирующий принцип ускорения (названный «принципом автофазировки»). Это позволило в тысячи раз увеличить энергию разгоняемых частиц: раньше счет шел на миллионы, а теперь пошел на миллиарды электронвольт! Детище Векслера — ускоритель в Дубне — долгие годы первенствовал в семье ускорителей, пока его не обогнали синхрофазотроны в Женеве, в Серпухове, в Батавии… Начальные годы этого первенства и принесли векслеровским ученикам, среди них — Анатолию Кузнецову, тот незаурядный успех.