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.

---

Рождение нейтринной астрономии началось в 1964 году, когда В. Дэвис и Дж. Бакал предложили создать огромную ловушку для поиска солнечных антинейтрино, основанную на хлор-аргонной реакции Понтекорво. Расчёты показали, что объём ловушки должен быть равен по крайней мере 378 500 литрам. (Дэвис исходил из круглой цифры

— 100 000 американских галлонов.) Потребовалось около четырёх лет для того, чтобы изготовить и собрать такую ловушку в скальной пещере на глубине более 1,5 километра и заполнить её четырёххлористым углеродом.

Первые результаты, опубликованные группой Дэвиса, удивили астрофизиков. Уровень обнаруженного потока нейтрино был (по крайней мере в 12 раз) ниже предсказанного общепризнанной теорией. Уверенность в точности и надёжности хлор-аргонного метода породила сомнение в том, что предложенная Бете схема ядерных реакций с участием ядер углерода, азота и кислорода, приводящих к превращению протонов в ядра гелия, правильно описывает процессы, ответственные за выделение энергии в глубинах Солнца. Следует иметь в виду, что нейтрино, порождаемые при вспышках сверхновых звёзд, могут лишь увеличить «сигнал» в ловушке Дэвиса, то есть лишь усилить сомнение учёных.

Оказавшись перед фактом значительного расхождения результатов эксперимента с общепризнанной теорией, учёные вспомнили, что в конце тридцатых годов Бете рассмотрел второй возможный вариант цепной термоядерной реакции, могущей быть источником энергии Солнца. В этом варианте цепочка реакций должна начинаться с объединения двух протонов в ядро дейтерия. Далее реакция может идти тремя путями с участием лёгкого изотопа гелия-3 или с участием изотопов лития, бериллия и бора. Наиболее вероятный вариант этой реакции должен был дать вдвое больше нейтрино, чем обнаружила ловушка Дэвиса. Десятилетние исследования группы Дэвиса не изменили, а лишь увеличили достоверность данных эксперимента.

Было предложено несколько объяснений расхождения между теорией и опытом.

Наиболее радикальная гипотеза была высказана Понтекорво в 1957–1958 годах, задолго до опытов Дэвиса. Суть этой гипотезы состояла в признании того, что нейтрино могут существовать в двух состояниях, при этом они постоянно переходят из одного состояния в другое и обратно. Такие осцилляции (колебания) возможны только в том случае, если масса покоя нейтрино отлична от нуля.

Понтекорво возвратился к этой гипотезе в середине шестидесятых годов, когда уже было известно о том, что, кроме электронных нейтрино, рождающихся вместе с электроном или позитроном, существуют другие нейтрино, рождающиеся при реакциях рождения мюонов. Учёные уже знали, что эти два типа нейтрино различны, и называли их «электронными нейтрино» и «мюонными нейтрино». В 1967 году Понтекорво, развивая свою гипотезу, предположил, что возможны превращения электронных нейтрино в мюонные и обратно. Он уверенно говорил о важности экспериментальной проверки существования осцилляции нейтрино в опытах с электронными нейтрино, рождающимися в атомных реакторах и в будущих опытах с солнечными нейтрино. Понтекорво предсказал, что осцилляция нейтрино может привести к уменьшению вдвое количества нейтрино, фиксируемых будущими опытами Дэвиса.

В следующем году гипотезой Понтекорво заинтересовался В. М. Грибов, член-корреспондент Академии наук СССР. Они вместе разработали количественную теорию взаимных превращений двух типов нейтрино. Теперь, когда количество известных типов нейтрино увеличилось до трёх, ожидаемый результат опытов Дэвиса следует уменьшить в шесть раз. Поэтому «загадка солнечных нейтрино» ещё не потеряла свою остроту. Её разрешение требует проведения новых исследований в области нейтринной астрономии. Для этой цели в Баксанском ущелье на Кавказе создана специальная нейтринная лаборатория, расположенная в туннеле, пробитом глубоко в скальные породы.

Понтекорво обращает внимание на то, что теория осцилляции нейтрино тесно связана с решением вопроса о массе нейтрино. Большинство современных физиков считает, что масса покоя нейтрино мала, но отлична от нуля. В этом случае осцилляции нейтрино являются реальными и могут быть обнаружены не только в космических лучах (солнечные нейтрино), но и в лабораториях, обладающих атомными реакторами. Исследование осцилляции солнечных нейтрино может внести существенный вклад в две важные проблемы: проблему массы нейтрино и в уточнение наших знаний о процессах, приводящих к выделению энергии в недрах Солнца.

Таким образом, несмотря на введение в строй всё более мощных ускорителей, значение исследований космических лучей не только не уменьшилось, но благодаря применению космической техники возросло.

ИЗ ГЛУБИН КОСМОСА

В период Тай-Хэ, в четвёртый год, во вторую луну, была видна необыкновенная звезда…

Из древних китайских хроник

ПОДСКАЗКА ДРЕВНИХ ХРОНИК

Девятьсот пятьдесят лет назад в созвездии Тельца вспыхнула новая звезда. Её яркость была столь велика, что звезду видели даже днём. Старинные китайские и японские летописи подробно описывают это необыкновенное явление. Они отмечают, что звезда-гостья была в три раза ярче Венеры. Примерно через полгода звезда начала гаснуть и исчезла.

Замечательное явление должно было быть видно во всём мире. Любопытно, что уже в наши дни на стене одного из пещерных жилищ древних обитателей Америки нашли примитивный, но знаменательный рисунок. На нём изображена звезда вблизи Луны так, как была видна эта сверхновая в момент вспышки.

Всё это происходило в 1054 году. В этом же году в Киеве умер Ярослав Мудрый. Собранное им государство стало ареной междоусобной войны. Летописцы подробно зафиксировали бурные события того времени, но ни в одной русской летописи не упоминается о небесном знамении — новой звезде. Занятые земными делами, наши предки не смотрели на небо.

4 октября 1957 года советские люди открыли космическую эру, запустив в небо первый искусственный спутник Земли. Началось планомерное наступление на тайны космоса. Стали падать последние покровы таинственности с давней загадки, которую разрешила невидимая частичка, случайно залетевшая в прибор Дмитрия Владимировича Скобельцына.

Эта частичка и ей подобные принесли людям важнейшие сведения о ещё не хоженых дорогах космических просторов, об истории рождения и гибели других миров, об исполинских силах, скрытых в ядре атомов материи. Они поведали и печальную повесть древней звезды, которая, внезапно вспыхнув, исчезла, не оставив, казалось, и следа… Мы подходим к самому фантастическому этапу исследований космических частиц. История изучения нового мира космических лучей делает ошеломляющий, удивительный, прекрасный скачок в мир абстракций, в мир чистой догадки, фантазии, блестяще предвосхищающих действительность…

Подготовили его два советских учёных: физик-теоретик академик В. Л. Гинзбург, ставший в возрасте 86 лет в 2003 году Нобелевским лауреатом, и астрофизик, член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский, создавшие признанную во всём мире теорию происхождения космических частиц.

Как ни кропотливы, как ни ювелирны были исследования ливней космических частиц, но это были явления, происходившие если и не рядом с людьми, то, во всяком случае, недалеко. Учёные при помощи приборов видели, чувствовали предмет своих исследований. И пока физики изучали космические лучи в пределах их досягаемости, они стояли на реальной почве эксперимента. Если они и не могли тотчас проверить свою теорию опытом, то, во всяком случае, надеялись сделать это рано или поздно.

Когда же дело дошло до проблемы происхождения космических частиц, учёным пришлось углубиться в мир, недоступный непосредственному вмешательству.

Но оказывается, как мы убедимся дальше, полёт фантазии, карандаш и бумага могут сказать человеческому разуму не меньше, чем плоть эксперимента.

И вот Гинзбург, блестящий «теорфизик», известный замечательными по глубине и прозорливости теоретическими разработками в области строения ядра и радиоастрономии, забыв на время о других задачах, засел за теорию происхождения космических частиц.

А Шкловский, иногда неожиданно для коллег увлекающийся гипотезами, которые кажутся необычными (кто не спорил, например, о его гипотезе искусственного происхождения спутников Марса!), заинтересовался тайной древней звезды.

Чутьём глубокого учёного Шкловский понял, что вспышка древней звезды не просто след дыхания космоса, но ключ к совершенно новому кругу явлений. Недаром он роется в древних китайских и японских летописях, ища в намёках неведомых астрономов, в их красочном, но наивном описании грандиозных космических катастроф подтверждения мучившей его мысли. Он перечитывает историю русской науки (а во времена вспышки легендарной звезды эта наука отличалась от современной как жёлудь от векового дуба) и ищет впечатления жителей Киевской Руси, которые бросили бы свет на его догадку.