Ирина Радунская - Проклятые вопросы

• Название: Проклятые вопросы
• Автор: Ирина Радунская
• Издательство: Московские учебники
• Жанр: Физика
• Год: 2005
• ISBN: ISBN 5-7853-?????????

В науке, как и в искусстве, есть ряд вопросов, вечных вопросов, над которыми бьются поколения учёных. Они называют их проклятыми вопросами. Познаваем ли мир? Может ли разум овладеть секретами природы? Что есть истина? Можно ли запланировать открытия? Как стимулировать в человеке творческое начало? Что усиливает творческую отдачу?

В книге Ирины Радунской «Проклятые вопросы» читатель встретится с разнообразными научными проблемами. Узнает, как возникли многие новые науки и насколько углубились и расширились рамки старых; как меняются аспекты и задачи ядерной физики и космологии, физики элементарных частиц и лазерной техники, нелинейной оптики и спектрального анализа; какие перемены в нашу жизнь внесут высокотемпературные сверхпроводники; что за секреты скрываются в недрах сверхновых звёзд; как влияют достижения физики ядерного магнитного резонанса на прогресс медицины.

А главное, читатель узнает, как учёные приходят к открытиям, какой ценой достаются прозрения тайн природы.

В этой книге, как в своих прежних книгах «Безумные идеи», «Превращения гиперболоида инженера Гарина», «Крушение парадоксов», «Кванты и музы», «Аксель Берг — человек XX века», трилогии «Предчувствия и свершения» — («Великие ошибки», «Призраки», «Единство») и «Квинтэссенция», автор рассказывает о развитии идей, о перипетиях индивидуального и коллективного творчества учёных. О какой бы области науки ни велась речь, основное внимание сосредоточено на героическом, напряжённом труде физиков, математиков, астрономов, космологов, астрофизиков, труде, который во все времена служил фундаментом прогресса человечества, основой цивилизации, источником наших знаний об окружающем мире, инструментом дальнейшего совершенствования человеческого разума.

---

…Сегодняшняя физика набухает новыми моделями мира, свежими идеями, переоценкой старых истин. Поток докладов, статей, книг по вопросам, затронутым теорией относительности Эйнштейна, растёт и ширится. Современная научная литература по мирозданию — настоящее интеллектуальное пиршество. Но даже на нём среди удивительных и сенсационных научных «блюд» объёмистый труд под лаконично-привычным названием «Теория относительности, основанная на физической реальности» — незаурядное явление, которое привлекло внимание самых авторитетных учёных современности. Они не могли не задуматься о том, что же нового привнёс его автор, венгерский мыслитель, в науку грядущего?

— Каков ваш критерий истины? — спросила я академика Яноши.

— Чтобы найти общий язык в такой сложной области, как философия, надо спорить, доказывать, критиковать, — ответил он. — Ведь только в споре рождается истина, в столкновении мнений, в столкновении теории и эксперимента, в проверке одного другим…

Последний разговор с Яноши состоялся незадолго до его кончины. Тогда он сказал мне:

— Я с нетерпением жду, когда книга о теории относительности, главный мой труд, отнявший у меня десять лет жизни, будет переведена на русский язык. Мне очень важно знать мнение советских коллег, серьёзных оппонентов, о моей системе мира. Я рад, что в СССР хорошо приняты мои прежние книги: «Космические лучи» и «Теория и практика обработки результатов измерений». Каждая из них тоже явилась итогом десятилетней работы. Но последняя книга — моя лебединая песнь. И её мне особенно хотелось обсудить с советскими физиками, которых я уважаю и мнением которых дорожу. Ведь советская школа физиков — одна из сильнейших в мире.

…Среднего роста, с усталым бледным лицом человека, мало бывающего на свежем воздухе, Яноши был, пожалуй, незаметен в толпе. Незаметен до тех пор, пока вы не обращали внимание на его глаза. Они смотрели за пределы близко лежащих вещей. Помню, я подумала, когда впервые познакомилась с ним: может быть, он разглядит, куда попадёт копьё греческого воина, брошенное в космос с исполинской силой? Решит проблемы, поставленные ещё древними греками и не решённые до сих пор?

Ему не суждено было сделать этого до конца. Но наука сильна своей преемственностью. Учёные умирают, а мысли, воплощённые в теории, в гипотезы, остаются их ученикам. Додумываются преемниками, единомышленниками.

Октябрь 1988 года. Я вновь в Будапеште, в лаборатории, которую основал академик Яноши. И вновь с его учеником, доктором наук Петером Варгой, мы обсуждаем проблемы, которые поставил Яноши. Перед нами, тихо шурша, работают компьютеры, они автоматически ведут запись эксперимента — его Варга проводит на основании завещанных учителем идей. Эксперимент ещё не завершён, поэтому говорить о нём рано.

А теперь вернёмся в область науки о космических лучах, в которую Яноши и Скобельцын внесли решающий вклад и которая продолжает набираться сил и информации.

УДИВИТЕЛЬНЫЕ ЛИВНИ

Наблюдая в камере Вильсона сотни, тысячи быстрых частиц, изучая форму их следов, определяя массу, энергию, заряд и другие характеристики, учёные узнали, что большинство космических частиц — это ядра водорода, протоны, меньшинство — ядра других элементов. Учёные убедились, что космические частицы не такая уж редкость. Но прежде чем они достигнут поверхности Земли, в атмосфере происходят миллиарды столкновений между ними и атомами воздуха. При этом завязываются и разрываются невидимые связи между космическими частицами и электромагнитными полями атомов.

Ведь только нам, жителям большого мира, кажется, что воздух прозрачен и бесплотен. Для космических частиц, обитательниц микромира, воздух густ, как самый дремучий лес, полон препятствий, насыщен силами притяжения и отталкивания.

Космическая частица, попав в земную атмосферу, испытывает каскад удивительных превращений. Например, столкнувшись с ядром азота или кислорода воздуха, она может разбить его и породить новые частицы, передав им свою энергию. Те в свою очередь тоже могут разбить ряд ядер. Так, по мере приближения к поверхности Земли, постепенно увеличивается число частиц. Лавина растёт, охваченная порывом этой своеобразной цепной реакции.

Наиболее прозорливые учёные поняли, что в разгадке свойств космических частиц содержится ответ не только на космические проблемы, но и на чисто земные вопросы. И в частности, в них таится возможность подхода к тайнам строения атомного ядра. Эти учёные решили использовать космические частицы как орудие для разрушения атомных ядер.

Очень хорошо, рассуждали они, что космос позаботился доставить нам частицы колоссальных энергий. Ведь мы ещё не умеем у себя на Земле фабриковать такие снаряды. Используем же их в качестве своеобразного молотка, разбивающего атомы, или в качестве микроскопической бомбы, взрывающей ядра атомов, и посмотрим, что у них внутри!

Ведь при попадании первичной космической частицы в атмосферу рождаются массы разнообразных частиц, и среди них могут быть ещё неизвестные! Кроме того, космические частицы обладают такой колоссальной энергией, что, влетев в земную атмосферу, не только «сдирают» электроны с попавшихся по пути атомов, но и вдребезги разбивают ядра некоторых из них. Если суметь проанализировать процессы ядерных и электромагнитных взаимодействий при таких высоких энергиях, можно, наконец, пролить свет на структуру материи, её элементарных частиц!

Но чтобы «взвесить» все эти вновь рождённые частицы, определить их массу, энергию, скорость, учёным приходилось быть не менее изобретательными, чем их коллегам, которые решали задачу о взвешивании Земли и других планет.

Однако техника эксперимента совершенствовалась. В помощь камере Вильсона появились и другие приборы: автоматические установки с ионизационными камерами, в которых космические частицы вызывали электрический разряд разной величины; фотоэмульсии, в которых благодаря почернению зёрен серебра можно было выследить почти всех участников микроскопической катастрофы; счётчики Черенкова и различные комбинации этих приборов с радиотехническими схемами; конструкции Яноши.

Постепенно учёным удалось не только «увидеть» космическую частицу, не только измерить её массу, скорость и энергию. Настал день, когда учёные увидели, как, разбив встречный атом, космическая частица родила позитрон — ещё никем не виденную частицу.

КАКАЯ-ТО ЧЕРТОВЩИНА…

Было ли это очередным открытием? Или очень интересным открытием? Или даже чрезвычайно важным открытием? Нет, это был смерч в без того бурном океане науки. С крошечным позитроном в мир привычных образов ворвался мир античастиц. Загадочный антимир.

Молодой английский физик Поль Дирак, к имени которого теперь недаром прибавляют «гениальный», весьма интересовался электроном. Он не рассматривал его в камере Вильсона, не пытался подстеречь его встречу с фотонами гамма-лучей. И не потому, что камеры Вильсона тогда не было. И не потому, что он не был знаком с работами Скобельцына. Нет, они жили и работали в одно время. Просто Дирак был «чистым» теоретиком. И все опыты с электроном он проводил в уме или на бумаге.

В то время учёные очень мало знали об отношениях между электроном и электромагнитным полем и совсем ничего не знали о его внутреннем строении. Они не могли и до сих пор не могут точно сказать, что представляет собой электрон. То ли это частица, то ли более сложный объект, обладающий определёнными размерами. Об электроне учёные разговаривали только в вопросительной форме. Например, почему электрон не разрывается из-за отталкивания отдельных частей его заряда? Ведь одноимённо заряженные тела должны отталкиваться — этот закон классической физики ещё не терпел поражения. Какие же неведомые силы не дают электрону распасться?

Непонятными для физиков оставались законы движения электрона как в атоме вещества, так и в свободном пространстве.

Ещё в течение второго десятилетия XX века всё казалось ясным. Строение атома легко воспринималось как подобие Солнечной системы: вокруг центрального ядра, как планеты вокруг Солнца, по эллиптическим орбитам движутся электроны. Но не успела начаться вторая четверть века, как от этой ясности не осталось и следа. Орбиты, придуманные Бором, оказались фикциями, и, хотя эти слова ещё применялись, физики знали, что это только жаргон, условное наименование, означающее часть окрестности ядра, в которой находится электрон.

Представим себе, что мы фотографируем быстро движущийся электрон. Даже самый быстрый затвор не даст моментальной фотографии. Если такой опыт можно было бы выполнить, на пластинке оказалось бы туманное облако, окружающее ядро. Электрон побывал в каждой точке этого облака, но в какой момент и как долго он был в данной точке, с какой скоростью он летел, определить нельзя. Электрон ускользал из самых хитроумных математических построений, и невозможно было точно определить, где и с какой скоростью он движется в данный момент, даже если он свободно летит в пустом пространстве.