Георгий Гамов - Приключения Мистера Томпкинса

• Название: Приключения Мистера Томпкинса
• Автор: Георгий Гамов
• Издательство: Бюро Квантум
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1993

В данную книгу включены два научно-популярных произведения известного американского физика и популяризатора науки — повесть «Мистер Томпкинс в Стране Чудес», не без юмора повествующая о приключениях скромного банковского служащего в удивительном мире теории относительности, и повесть «Мистер Томпкинс исследует атом», в живой и непринужденной форме знакомящая читателя с процессами, происходящими внутри атома и атомного ядра. Книга предназначена для школьников, студентов и всех, кто интересуется современными научными представлениями.

---

Оглядевшись по сторонам, мистер Томпкинс обратил внимание на дверь, на которой красовалась надпись:

ЖИДКИЙ ВОДОРОД АЛЬВАРЕСА

ВАННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

— А что за этой дверью? — спросил он.

— О! — ответил профессор. — Видите ли, лоуренстрон производит все больше и больше различных элементарных частиц все большей и большей энергии. Их приходится анализировать, наблюдая траектории и вычисляя массы, времена жизни, взаимодействия и многие другие свойства, такие как странность, четность и т. д. В давние времена для наблюдения траекторий использовалась так называемая камера Вильсона, за создание которой Ч. Т. Р. Вильсон в 1927 г. получил Нобелевскую премию. В то время быстрые электрически заряженные частицы с энергией в несколько миллионов электрон-вольт, исследуемые физиками, пропускались через камеру со стеклянной крышкой, наполненную воздухом, почти до предела насыщенным водяными парами. Когда дно камеры резко опускалось, воздух вследствие расширения охлаждался и водяной пар становился перенасыщенным. В результате некоторая доля пара конденсировалась в крохотные водяные капельки. Вильсон обнаружил, что такая конденсация паров в воду происходит гораздо быстрее вокруг ионов, т. е. электрически заряженных частиц газа. Но вдоль траекторий электрически заряженных частиц, пролетающих сквозь камеру, газ ионизируется. В результате непрозрачные полоски тумана, освещаемые источником света, расположенным на стенке камеры, становятся видимыми на выкрашенном в черный цвет дне камеры. Вспомните снимки, которые я показывал вам на прошлой лекции.

В случае частиц из космических лучей с энергиями, тысячекратно превосходящими энергии частиц, которые мы изучали до сих пор, ситуация иная потому, что треки частиц становятся очень длинными и камеры Вильсона, заполненные воздухом, слишком малы для того, чтобы можно было проследить весь трек частицы от начала до конца, поэтому наблюдению доступна лишь небольшая часть траектории.

Большой шаг вперед был недавно сделан американским физиком Дональдом А. Глезером, которому в 1960 г. была присуждена за это Нобелевская премия. Как рассказывает сам Глезер, однажды он сидел в баре и угрюмо наблюдал за пузырьками, поднимавшимися в стоявшем перед ним бокале пива. Внезапно ему пришла в голову идея: «Если Ч. Т. Р. Вильсон мог изучать капельки жидкости в газе, то почему бы мне не заняться изучением пузырьков газа в жидкости?»

— Не стану вдаваться в технические детали, — продолжал профессор, — и касаться трудностей, возникших на пути к техническому воплощению идеи Глезера. Вам все равно они были бы непонятны. Скажу только, что для надлежащего функционирования пузырьковой камеры (такое название получило изобретение Глезера) наиболее подходящей жидкостью оказался жидкий водород, температура которого составляет около двухсот пятидесяти градусов по Фаренгейту ниже температуры замерзания воды. В соседней комнате стоит большой контейнер; построенный Луисом Альваресом и заполненный жидким водородом. Обычно его называют «ванной Альвареса».

— Бр-р-р! — поежился мистер Томпкинс. — Для меня холодновато!

— Вам вовсе не нужно лезть в ванну. Вполне достаточно наблюдать за траекториями частиц сквозь прозрачные стенки.

Ванная функционировала как всегда, и камеры со вспышкой, расположенные вокруг нее, непрерывно делали снимок за снимком. Сама ванна была помещена внутри большого электромагнита, изгибавшего траектории частиц, чтобы затем по изгибу экспериментаторы могли оценивать скорость их движения.

— Производство одного снимка занимает несколько минут, — пояснил Альварес. — В день получается до нескольких сотен снимков, если установка не выходит из строя и не требует какого-нибудь ремонта. Каждый снимок подвергается тщательному изучению, все треки анализируются, а их кривизна тщательно измеряется. Анализ и измерения занимают от нескольких минут до часа в зависимости от того, насколько интересен снимок и насколько быстро справляется с работой девушка.

— Почему вы сказали «девушка»? — прервал его мистер Томпкинс. — Разве это чисто женское занятие?

— Разумеется, нет, — ответил Альварес. — Многие из наших девушек в действительности мальчики. Но когда мы говорим о тех, кто занимается обработкой снимков, то называем их девушками независимо от пола. Термин «девушка» означает единицу эффективности и точности. Когда вы говорите «машинистка» или «секретарь», то обычно представляете себе женщину, а не мужчину. Так вот, для анализа всех снимков, получаемых в нашей лаборатории, нам понадобились бы сотни девушек, что превратилось бы в нелегкую проблему. Поэтому мы рассылаем множество наших снимков в другие университеты, не имеющие достаточно средств, чтобы построить лоуренстроны и пузырьковые камеры, но располагающие суммами денег, которых вполне хватает на покупку приборов для анализа наших снимков.

— Такого рода снимки получаете только вы или кто-нибудь еще? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Аналогичные ускорители имеются в Брукхейвенской Национальной Лаборатории на Лонг-Айленде в Нью-Йорке, в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований) близ Женевы и в Лаборатории «Щелкунчик» неподалеку от Москвы в России. Все эти лаборатории заняты поиском иголки в стоге сена и, что самое удивительное, время от времени им все же удается найти иголку!

— А для чего ведется эта кропотливая работа? — спросил в удивлении мистер Томпкинс.

— Чтобы искать и находить новые элементарные частицы (найти которые, кстати сказать, гораздо труднее, чем иголку в стоге сена!) и исследовать взаимодействие между ними. Здесь на стене таблица известных элементарных частиц и она уже сейчас содержит больше частиц, чем элементов в Периодической системе Менделеева.

— А почему столь чудовищные усилия предпринимаются лишь для того, чтобы найти новые частицы? — продолжал удивляться мистер Томпкинс.

— Такова наука, — ответил профессор, — попытка человеческого разума понять все, что нас окружает, будь то гигантские звездные галактики, микроскопические бактерии или элементарные частицы. Познавать окружающий мир захватывающе интересно, и поэтому мы занимаемся этим.

— А не способствует ли развитие науки достижению практических целей, увеличивая благосостояние людей и делая их жизнь более удобной?

— Разумеется, способствует, но это лишь второстепенная цель. Не думаете же вы, что основное назначение музыки состоит в том, чтобы учить горнистов будить по утрам солдат, сзывать их на завтраки, обеды и ужины или призывать их на битву? Говорят: «Любопытство сгубило кошку». Я говорю: «Любознательность рождает ученого».

С этими словами профессор пожелал мистеру Томпкинсу спокойной ночи.

* * *

Замечательный физик-теоретик Георгий Антонович (Джордж) Гамов (1904-1968) не был узким специалистом. Он оставил заметный след в квантовой механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии и биологии. Его идеи, яркие и оригинальные, не раз прокладывали новые направления научных исследований. Ему принадлежат пионерские работы по квантовой теории альфа-распада и туннельному эффекту, уровням энергии в ядре, моделям звезд с термоядерными источниками энергии, роли нейтрино при вспышках сверхновых и новых, образованию химических элементов путем захвата нейтронов, реликтовому излучению и генетическому коду.

Не менее обширно, оригинально и ярко литературное наследие Г. А. Гамова. Его перу принадлежит увлекательная автобиография «Моя мировая линия» и целая россыпь замечательных научно-популярных книг, таких, как «Мистер Томпкинс в Стране Чудес», «Мистер Томпкинс исследует атом», «Раз, два, три… бесконечность», «Тридцать лет, которые потрясли физику», «Сотворение Вселенной», «Биография физики», «Звезда под названием Солнце», «Биография Земли», «Планета под названием Земля».

Предлагаемая вниманию читателя книга — первая публикация произведений Г. А. Гамова на русском языке.

Примечания

1

Инициалы мистера Томпкинса (в английском оригинале) C. G. H. Tompkins обязаны своим происхождением трем фундаментальным физическим константам: скорости света с, гравитационной постоянной G и квантовой постоянной Планка h. Чтобы эти константы стали заметны человеку с улицы, их необходимо во много раз увеличить.

2

Ньютон И. Математические начала натуральной философии. — Пер. с латинского и комментарии А.Н. Крылова. Предисловие Л.С.Полака. — М.: Наука, 1989. — С. 30. (Прим. пер.)

3

Название «Цирк Хукхэма» восходит к мистеру Джону Хукхэму, работавшему художником-иллюстратором в издательстве Кембриджского университета. Незадолго до выхода в отставку мистер Хукхэм создал многие из рисунков, украсивших эту книгу.