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.

---

Стало ясно, что, если бы не эти редкие космические взрывы, мир состоял бы преимущественно из атомов лёгких элементов.

А совсем недавно многие придерживались совершенно другой точки зрения. Ещё в 1957 году некоторые думали иначе. И один из видных специалистов по космическим частицам писал: «После обнаружения в космических лучах тяжёлых ядер мало кому придёт в голову обращаться к представлениям о взрывном характере происхождения космических лучей во Вселенной: уж очень странно было бы, если бы при этих процессах тяжёлые ядра сохранились как нечто целое, получая вдобавок колоссальные энергии».

Вот как в наши дни, при бурном развитии науки, быстро меняются взгляды, как быстро сметаются неверные представления.

Понимание процессов, происходящих при формировании небесных тел и галактик, даёт ключ к разгадке многих проблем строения материи. Эти процессы часто с трудом поддаются объяснению на основе известных законов теоретической физики. Академик Амбарцумян говорит, что это, вероятнеё всего, связано с тем, что в таких процессах доминирующую роль играют многие глубокие свойства вещества, которые не проявляют себя в физических опытах, производимых в земных лабораториях. Поэтому можно быть уверенным, что тщательное изучение физических явлений, протекающих в отдалённейших областях космоса, поможет ещё глубже развить наши знания об основных физических свойствах вещества и о закономерностях развития материи.

Так, раздумывая о тайне рождения космических частиц, учёные поневоле затрагивают проблемы рождения Вселенной, всего окружающего нас мира.

КОМЕТА ГАЛЛЕЯ И МОЛЕКУЛЫ

Существование атомов и молекул в мировом пространстве казалось само собой разумеющимся после того, как Галлей в 1682 году доказал, что открытая им комета, а значит, и другие кометы — это материальные тела, появляющиеся из областей пространства, лежащих далеко за пределами Солнечной системы, если считать её границей орбиту наиболее удалённой планеты.

С тех пор известно, что многие из комет движутся по вытянутым орбитам, периодически приближаясь к Солнцу и вновь удаляясь от него, чтобы через определённое время возвратиться вновь. Галлей вычислил, что комета, носящая теперь его имя, проходит свою орбиту за 76 лет. Её появление в 1986 году было «запланировано». Учёные загодя готовились к её появлению во всеоружии не только традиционных телескопов. В наши дни на помощь астрономам пришла мощная космическая техника. Советские учёные вместе с учёными других стран направили навстречу гостье две космические лаборатории по проекту «Вега.» Название проекта указывает, что приборы космических лабораторий должны исследовать не только комету Галлея, но и планету Венера.

Но возвратимся к самому Галлею. Он объяснил, что кометы представляют собой сравнительно малые небесные тела, невидимые, пока они находятся вдали от Солнца, но становящиеся зримыми по мере приближения к Солнцу. При этом из ядра кометы выделяются пылевидные частицы и отдельные молекулы, образующие хвост кометы, они ярко светятся в лучах Солнца.

Астрономы изучали состав кометных хвостов, рассматривая спектры излучаемого ими света при помощи специальных приборов — спектроскопов, присоединяемых к обычным телескопам.

В 1937 году удалось выяснить, что в космосе имеются многие двухатомные молекулы. Первыми были обнаружены молекулы, состоящие из атомов углерода и водорода и из атомов углерода и азота. Одновременно были обнаружены и молекулы, состоящие из углерода и водорода, потерявшие по одному электрону. Их называют радикалами: обладая положительным электрическим зарядом (в результате потери электрона), они способны весьма активно участвовать в различных химических реакциях. Это вызвало большой интерес: какие ещё молекулы можно встретить в космосе? Но в течение последующих двадцати пяти лет там не удалось обнаружить других молекул. Это представлялось весьма удивительным. И. С. Шкловский в 1957 году подсказал учёным, участвующим в развитии радиоастрономии и в строительстве радиотелескопов, поискать в сантиметровом диапазоне радиоволн спектральные линии радикала, состоящего из атома кислорода и атома водорода (этот радикал, играющий большую роль в химии, называют гидроксилом). Шкловский и другие астрофизики называли ещё ряд нейтральных молекул и радикалов, спектры которых можно наблюдать при помощи радиотелескопов.

Прошло около одиннадцати лет до того, как радиоастрономы зафиксировали спектральную линию гидроксила. В семидесятых годах удалось обнаружить различные молекулы и в других галактиках. Пожалуй, наибольшим сюрпризом в начальный период было обнаружение в космосе сложных многоатомных молекул, среди которых первыми были молекулы воды и аммиака, а за ними молекулы окиси углерода и формальдегида, органического соединения, состоящего из четырёх атомов: по одному атому углерода и кислорода и по два атома водорода.

Теперь доказано, что в межзвёздном пространстве существуют более сотни различных типов молекул, среди которых многие десятки принадлежат к классу органических молекул, таких, как этиловый спирт, диметиловый эфир и многие аминокислоты, входящие в состав живых организмов. Обнаружено ещё много различных радикалов, в том числе и таких, которые не удавалось получить в газообразной форме в земных лабораториях.

КОСМИЧЕСКИЕ МАЗЕРЫ

Естественно, возник вопрос и о том, как образуются молекулы, существующие в космическом пространстве. В отличие от атомов они не могут быть образованы в недрах звёзд или при взрывах сверхновых. Это было ясно. Ведь молекулы неизбежно распадутся на атомы при температурах, намного более низких, чем существующие на поверхности звёзд, а тем более в их недрах или при катастрофических процессах рождения сверхновых.

Оставалось предположить, что молекулы образуются в результате соединения атомов, сталкивающихся в межзвёздном пространстве. Простейшие двухатомные молекулы могут возникать в результате случайных парных столкновений в окрестностях звёзд, где плотность межзвёздного газа сравнительно велика. Однако возникновение таким путём более сложных молекул мало вероятно. Более вероятно, что сложные молекулы возникают на поверхности частиц космической пыли. Здесь вероятность распада молекул меньше, чем в свободном пространстве, где молекула может быть разрушена ударом космической частицы или фотона, обладающего подходящей для этого энергией.

Точность спектральных измерений, обеспечиваемая радиотелескопами, столь велика, что удалось зафиксировать молекулы, отличающиеся между собой тем, что в их составе присутствуют различные изотопы одних и тех же элементов.

Исследования показали, что в большинстве случаев соотношение между количествами изотопов данного химического элемента в космосе близко к измеренному на Земле. Но обнаружены и значительные отклонения. Например, содержание изотопа углерода С-13 по отношению к изотопу С-12 может оказаться вдвое меньшим и вдвое большим, чем на Земле. Причина такого различия ещё не установлена.

Радиоастрономия преподнесла учёным много сюрпризов, но одним из наиболее загадочных было обнаружение странного излучения, идущего от туманности Ориона на волне 18 сантиметров. Оно было столь интенсивным, что, исходи оно от нагретого тела, температура излучающей поверхности должна была бы равняться десяти тысячам миллиардов градусов. Такая температура не может существовать даже в недрах звёзд.

Возможность обнаружения радиоизлучения, идущего из космоса на волне 18 сантиметров, не была сама по себе неожиданной. На этой волне, точнее, на частоте 1,667 МГц (МГц — миллион Герц), к тому времени уже было обнаружено поглощение радиоволн. Оно возникало, когда радиоизлучение удалённого источника встречало по пути к Земле облако межзвёздного газа, содержащее молекулы гидроксила. Аналогичное поглощение легко наблюдать в лаборатории при помощи радиоспектроскопа.

Учёные допустили, что такое облако, освещаемое мощным инфракрасным излучением близкой звезды, может испускать радиоволны на той же самой частоте. Объектами, в которых радиоастрономы ожидали обнаружить излучение молекул гидроксила на частоте 1,667 МГц, были облака межзвёздного газа, богатые атомами водорода. Предполагалось, что, если в водородном облаке находятся и атомы кислорода, некоторые из них соединятся с атомами водорода, образуя молекулы гидроксила. Ни в одном из таких облаков не удалось зафиксировать ожидаемое излучение.

Но, наблюдая радиоизлучение туманности Ориона, представляющей собой обширную область ионизированного атомарного водорода, радиоастрономы неожиданно наткнулись на излучение, имеющее непредвиденное значение частоты: 1,665 МГц. Спектральная линия с такой частотой была известна по лабораторным исследованиям. Она также принадлежала молекуле гидроксила, но всегда сопровождалась вдвое более интенсивной линией на частоте 1,667 МГц. Казалось невероятным, что более интенсивная спектральная линия, бывшая объектом поисков, отсутствовала, а более слабая не только присутствовала, но и оказалась невероятно интенсивной.