razumeetsya, esli ona nadelena dostatochno razvitym intellektom dlya togo, chtoby zadat' sebe vopros, chto ona okruzhena vodoj? |ti slova vyveli mistera Tompkinsa iz dremoty, v kotoruyu on pogruzilsya v nachale lekcii. On byl zayadlym rybakom i dazhe pochuvstvoval na svoem lice svezhee dyhanie morskogo vetra i voochiyu uvidel plavno katyashchiesya volny. No hotya mister Tompkins neploho plaval, pochemu-to na etot raz emu bylo trudno uderzhat'sya na poverhnosti i on nachal medlenno idti ko dnu, opuskayas' vse glubzhe i glubzhe. Kak ni stranno, no on ne oshchushchal nehvatki vozduha i chuvstvoval sebya vpolne komfortno. - Mozhet byt', - podumal on, - so mnoj proizoshla kakaya-nibud' osobaya recessivnaya mutaciya? Po dannym paleontologov, zhizn' zarodilas' v okeane i pervymi, kto vybralsya iz vody na sushu, byli tak nazyvaemye _dvoyakodyshashchie_ ryby, hodivshie na plavnikah. Po mneniyu biologov, eti pervye dvoyakodyshashchie ryby, kotoryh nazyvayut po-raznomu (v Avstralii rogozubami, v Afrike protopterami, v YUzhnoj Amerike cheshujchatnikami ili lepidosirenami), postepenno prevratilis' v suhoputnyh zhivotnyh, takih kak myshi i koshki, i v lyudej. Nekotorye iz zhivotnyh, naprimer, kity i del'finy, oznakomivshis' so vsemi trudnostyami zhizni na sushe, vernulis' v okean. No i posle vozvrashcheniya v vodu oni sohranili kachestva, priobretennye vo vremya bor'by za sushchestvovanie na sushe, naprimer, ostalis' mlekopitayushchimi, ih samki vynashivayut potomstvo vnutri svoego tela, a ne otkladyvayut ikru, kotoruyu zatem oplodotvoryayut samcy. Razve znamenityj vengerskij uchenyj Leo Scilard {Avtor imeet v vidu nauchno-fantasticheskuyu novellu Leo Scilarda "Golos del'finov".} ne skazal kak-to, chto del'finy obladayut bolee razvitym intellektom, chem lyudi? Tut razmyshleniya mistera Tompkinsa byli prervany razgovorom, proishodivshim gde-to gluboko pod poverhnost'yu okeana mezhdu del'finom i tipichnym gomo sapiensom, v kotorom Tompkins (po nekogda vidennoj fotografii) srazu uznal fizika iz Kembridzhskogo universiteta Polya Adriena Morisa Diraka. - Poslushaj, Pol', - govoril del'fin, - ty schitaesh', chto my nahodimsya ne v vakuume, a v material'noj srede, sostoyashchej iz chastic s otricatel'noj massoj. YA lichno schitayu, chto voda nichem ne otlichaetsya ot pustogo prostranstva. Ona sovershenno odnorodna, i smogu svobodno dvigat'sya v nej po vsem napravleniyam. Odnako ot svoego dalekogo predka - pra-pra-pra-pra-pradedushki - ya slyshal legendu o tom, chto na sushe vse inache. Tam est' gory i ushchel'ya, preodolet' kotorye stoit nemalyh usilij. Zdes', v vode, ya mogu dvigat'sya v lyubuyu storonu, kuda zahochu.
- Esli govorit' o morskoj vode, to vy pravy, drug moj, - otvechal P.A.M. - Voda sozdaet trenie o poverhnost' vashego tela, i esli vy ne budete dvigat' hvostom i plavnikami, to ne smozhete dvigat'sya voobshche. Krome togo, poskol'ku davlenie vody izmenyaetsya s glubinoj, vy mozhete vsplyvat' ili pogruzhat'sya, rasshiryaya ili szhimaya svoe telo. No esli by voda ne byla vyazkoj i ne sozdavala treniya o poverhnost' vashego tela i esli by ne bylo gradienta davleniya, to vy byli by stol' zhe bespomoshchny, kak astronavt, u kotorogo issyaklo raketnoe toplivo. Moj okean, sostoyashchij iz elektronov s otricatel'nymi massami, absolyutno lishen vyazkosti i poetomu nenablyudaem. Fizicheskie pribory pozvolyayut nablyudat' tol'ko _otsutstvie_ odnogo iz elektronov, tak kak otsutstvie otricatel'nogo elektricheskogo zaryada ekvivalentno prisutstviyu polozhitel'nogo elektricheskogo zaryada, poetomu dazhe Kulon mog by zametit', chto odnogo elektrona ne hvataet. Odnako pri sravnenii moego okeana elektronov s obychnym okeanom sleduet imet' v vidu odno vazhnoe otlichie, chtoby eta analogiya ne zavela nas slishkom daleko. Delo v tom, chto elektrony, obrazuyushchie moj okean, podchinyayutsya principu Pauli. Ni odnogo elektrona nevozmozhno dobavit' k okeanu, esli vse vozmozhnye kvantovye sostoyaniya zapolneny. Takoj "lishnij" elektron vynuzhden byl by ostat'sya nad poverhnost'yu moego okeana i legko mog by byt' obnaruzhen eksperimentatorami. |lektrony byli vpervye otkryty serom Dzh. Dzh. Tomsonom. |lektrony, kotorye vrashchayutsya vokrug atomnyh yader ili letyat v vakuumnyh trubkah, kak raz i prinadlezhat k chislu takih "lishnih" elektronov. Do togo kak ya opublikoval svoyu pervuyu rabotu v 1930 g., ostal'noe prostranstvo schitalos' pustym. Po obshchemu mneniyu, fizicheskoj real'nost'yu obladali togda tol'ko sluchajnye vspleski, vzdymayushchiesya nad poverhnost'yu energii. - No esli vash okean nenablyudaem, - zametil del'fin, - iz-za svoej nepreryvnosti i otsutstviya treniya, to kakoj smysl tolkovat' o nem? - Smysl est', da eshche kakoj! - vozrazil P.A.M. - Predpolozhim, chto kakaya-to vneshnyaya sila podnyala odin iz elektronov s otricatel'noj massoj iz glubin okeana nad ego poverhnost'yu. CHislo nablyudaemyh elektronov pri etom uvelichilos' na edinicu, chto mozhno rassmatrivat' kak narushenie zakona sohraneniya energii. No i pustaya dyrka v okeane, obrazovavshayasya v tom meste, otkuda byl izvlechen elektron, takzhe budet nablyudaema, poskol'ku otsutstvie otricatel'nogo zaryada v ravnomernom raspredelenii vosprinimaetsya, kak prisutstvie ravnogo po velichine polozhitel'nogo zaryada. |ta polozhitel'no zaryazhennaya chastica budet k tomu zhe obladat' polozhitel'noj massoj, i napravlenie ee dvizheniya budet sovladat' s napravleniem sily tyazhesti. - Vy hotite skazat', chto dyrka, ili polozhitel'no zaryazhennaya chastica, budet vsplyvat', a ne tonut'? - s udivleniem sprosil del'fin. - Sovershenno verno. Ne somnevayus', chto vam prihodilos' neodnokratno videt', kak razlichnye predmety opuskayutsya na dno, uvlekaemye siloj tyazhesti, inogda eto byli predmety, broshennye za bort s sudna, inogda sami suda. - No poslushajte, - prerval samogo sebya P.A.M. - Vidite eti krohotnye serebristye predmety, podnimayushchiesya k poverhnosti? Ih dvizhenie takzhe obuslovleno dejstviem sily tyazhesti, no dvizhutsya oni v protivopolozhnuyu storonu. - No ved' eto zhe puzyr'ki, - zametil del'fin. - Oni, dolzhno byt', otorvalis' ot chego-to, chto soderzhalo vozduh, kogda ono perevernulos' ili razbilos', udarivshis' o kamenistoe dno. - Vy sovershenno pravy, eto dejstvitel'no puzyr'ki, no ved' vam ne prihodilos' videt', chtoby puzyr'ki vsplyvali v vakuume? Sledovatel'no, moj okean ne pust. - CHto i govorit', teoriya ochen' ostroumna, - soglasilsya del'fin, - tol'ko verna li ona? - Kogda ya predlozhil ee v 1930 g., - otvetil P.A.M., - nikto v nee ne poveril. V znachitel'noj mere v etom nedoverii byl vinovat ya sam, poskol'ku pervonachal'no predpolagal, chto polozhitel'no zaryazhennye chasticy predstavlyayut soboj ne chto inoe, kak horosho izvestnye eksperimentatoram protony. Vy, konechno, znaete, chto proton v 1840 raz tyazhelee elektrona, no ya togda pital nadezhdu na to, chto s pomoshch'yu odnogo matematicheskogo tryuka mne udastsya ob®yasnit' vozrosshee soprotivlenie uskoreniyu pod dejstviem dannoj sily i poluchit' chislo 1840 teoreticheski. No iz moej zatei nichego ne vyshlo, i material'naya massa puzyr'kov v moem okeane okazalas' v tochnosti ravnoj masse obychnogo elektrona. Moj kollega Pauli, kotoromu ya ne mogu otkazat' v chuvstve yumora, nosilsya s ideej togo, chto on nazyval "Vtorym Principom Pauli". Po ego vychisleniyam vyhodilo, chto esli obychnyj elektron priblizitsya k dyrke, obrazovavshejsya pri izvlechenii odnogo elektrona iz moego okeana, to za nichtozhno maloe vremya on zapolnit soboj dyrku. Sledovatel'no, esli proton atoma vodoroda dejstvitel'no byl by "dyrkoj", to obrashchayushchijsya vokrug nego elektron mgnovenno zapolnil by etu dyrku, i obe chasticy annigilirovali by so vspyshkoj sveta, ili, luchshe skazat', so vspyshkoj gamma-izlucheniya. To zhe samoe proizoshlo by i s atomami vseh drugih elementov. Vtoroj Princip Pauli treboval takzhe, chtoby lyubaya vydvinutaya fizikom teoriya byla primenima i k materii, iz kotoroj sostoit telo samogo fizika, poetomu ya annigiliroval by prezhde, chem uspel by povedat' svoyu ideyu komu-nibud' eshche. Vot tak! I s etimi slovami P.A.M. ischez, ispustiv yarkuyu vspyshku sveta. - Ser, - poslyshalsya nad uhom mistera Tompkinsa chej-to razdrazhennyj golos, - vy mozhete skol'ko ugodno spat' na lekcii, esli vam tak nravitsya, no ne hrapite tak gromko! YA ne mogu rasslyshat' ni slova iz togo, chto govorit professor. Otkryv glaza, mister Tompkins uvidel snova perepolnennuyu lekcionnuyu auditoriyu i starogo professora, kotoryj prodolzhal: - Posmotrim, chto proizojdet, kogda stranstvuyushchaya dyrka vstrechaet na svoem puti lishnij elektron, zanyatyj poiskom mestechka poudobnee v okeane Diraka. YAsno, chto v rezul'tate takoj vstrechi lishnij elektron neizbezhno svalitsya v dyrku, zapolnit ee i udivlennyj fizik, nablyudaya etot process, otmetit yavlenie _vzaimnoj annigilyacii_ polozhitel'nogo i otricatel'nogo elektronov. Vysvobodivshayasya pri padenii elektrona v dyrku energiya ispuskaetsya v vide korotkovolnovogo izlucheniya i predstavlyaet soboj lish' ostatok ot dvuh elektronov, poglotivshih drug druga, kak dva volka iz izvestnoj detskoj skazki. No mozhno predstavit' sebe i obratnyj process, v kotorom para chastic, sostoyashchaya iz otricatel'nogo i polozhitel'nogo elektronov, rozhdaetsya iz nichego pod dejstviem moshchnogo vneshnego izlucheniya. S tochki zreniya teorii Diraka, rozhdenie pary predstavlyaet soboj prosto vybivanie elektrona iz nepreryvnogo raspredeleniya, i rassmatrivat' ego sledovalo by ne kak rozhdenie, a kak razdelenie dvuh protivopolozhnyh po znaku elektricheskih zaryadov. Na risunke, kotoryj ya sejchas pokazhu vam (s. 205), eti dva processa rozhdeniya i unichtozheniya elektronov izobrazheny ves'ma uslovno i shematichno, no, kak vy vidite, nichego zagadochnogo v nih net. Dolzhen zametit', chto hotya process rozhdeniya pary, strogo govorya, dolzhen proishodit' v absolyutnom vakuume, veroyatnost' ego ochen' mala. Mozhno skazat', chto raspredelenie elektronov v vakuume slishkom gladko, chtoby raspast'sya. S drugoj storony, v prisutstvii tyazhelyh material'nyh chastic, sluzhashchih tochkoj shory dlya gamma-izlucheniya, vnedryayushchegosya v raspredelenie elektronov, veroyatnost' rozhdeniya pary sil'no vozrastaet, i process stanovitsya nablyudaemym.
YAsno, chto pozitrony, rozhdennye opisannym vyshe obrazom, ne mogut sushchestvovat' ochen' dolgo i vskore annigiliruyut pri vstreche s odnim iz otricatel'nyh elektronov, obladayushchih v nashem ugolke Vselennoj bol'shim chislennym preimushchestvom. Imenno etim ob®yasnyaetsya sravnitel'no pozdnee otkrytie takih zamechatel'nyh chastic, kak pozitrony: pervoe soobshchenie o polozhitel'no zaryazhennyh elektronah bylo sdelano lish' v avguste 1932 g. (teoriya Diraka byla opublikovana v 1930 g.) kalifornijskim fizikom Karlom Andersonom, kotoryj, zanimayas' issledovaniem kosmicheskogo izlucheniya, obnaruzhil chasticy, vo vseh otnosheniyah napominavshih obychnye elektrony, no imevshih odno vazhnoe otlichie: vmesto otricatel'nogo zaryada eti chasticy nesli polozhitel'nyj zaryad. Vskore posle otkrytiya Andersona my nauchilis' ochen' prosto poluchat' elektron-pozitronnye pary v laboratornyh usloviyah, propuskaya skvoz' kakoe-nibud' veshchestvo moshchnyj potok vysokochastotnogo izlucheniya (radioaktivnogo gamma-izlucheniya).
Na sleduyushchem slajde, kotoryj ya hochu pokazat' vam, vy uvidite snimki pozitronov, obnaruzhennyh v kosmicheskom izluchenii s pomoshch'yu kamery Vil'sona, i samogo processa rozhdeniya pary. Kamera Vil'sona - odin iz samyh poleznyh priborov sovremennoj eksperimental'noj fiziki. Dejstvie ee osnovano na tom, chto lyubaya chastica s nenulevym elektricheskim zaryadom, proletaya cherez gaz, obrazuet vdol' svoego treka mnozhestvo ionov. Esli gaz nasyshchen vodyanymi parami, to krohotnye kapel'ki vody kondensiruyutsya na etih ionah, obrazuya tonkij sloj tumana, tyanushchijsya vdol' vsego treka. Osveshchaya etu polosku tumana sil'nym puchkom sveta na temnom fone, my poluchaem velikolepnye kartiny, na kotoryh otchetlivo razlichimy vse detali dvizheniya. Na pervoj iz dvuh kartinok, sproecirovannyh na ekran, vy vidite original snimka pozitrona, obnaruzhennogo Andersonom v kosmicheskom izluchenii. Zamechu, chto eto samyj pervyj iz kogda-libo sdelannyh snimkov pozitrona. SHirokaya gorizontal'naya polosa, idushchaya cherez ves' snimok, - sled tolstoj svincovoj plastiny, polozhennoj poperek kamery Vil'sona, a trek pozitrona vyglyadit, kak tonkaya iskrivlennaya carapina, idushchaya cherez snimok. Trek iskrivlen potomu, chto vo vremya eksperimenta kamera Vil'sona byla pomeshchena v sil'noe magnitnoe pole, vliyavshee na dvizhenie pozitrona. Svincovaya plastina i magnitnoe pole ponadobilis' Andersonu dlya togo, chtoby opredelit' znak elektricheskogo zaryada, perenosimogo chasticej. Sdelat' eto mozhno na osnove sleduyushchih soobrazhenij. Izvestno, chto proizvodimoe magnitnym polem izgibanie traektorii zavisit ot znaka zaryada dvizhushchejsya chasticy. V eksperimente Andersona magnit raspolozhen tak, chto otricatel'no zaryazhennye elektrony otklonyayutsya ot pervonachal'nogo napravleniya dvizheniya vlevo, a polozhitel'no zaryazhennye elektrony - vpravo. Sledovatel'no, esli chastica na snimke dvigalas' vverh, to ona dolzhna byla nesti otricatel'nyj zaryad. No kak uznat', v kakuyu storonu dvigalas' chastica? Dlya etogo i ponadobilas' Andersonu svincovaya plastina. Projdya skvoz' svincovuyu plastinu, chastica neizbezhno teryaet nekuyu chast' svoej pervonachal'noj energii, i poetomu izgibayushchee dejstvie magnitnogo polya usilivaetsya. Na snimke, kotoryj vy vidite na slajde, trek izognut sil'nee pod svincovoj plastinoj (razlichie v izgibah ne slishkom vidno na glaz, no otchetlivo zametno pri izmerenii). Sledovatel'no, chastica dvigalas' sverhu vniz i nesla polozhitel'nyj zaryad. Na pravom snimke (s. 206), poluchennom Dzhejmsom CHedvikom iz Kembridzhskogo universiteta, vy vidite rozhdenie pary v kamere Vil'sona. Sil'noe gamma-izluchenie postupaet v kameru snizu i, ne ostavlyaya na snimke vidimyh sledov, porozhdaet v centre kamery paru chastic, kotorye razletayutsya v sil'nom magnitnom pole v raznye storony. Glyadya na etot snimok, vy mozhete gadat', pochemu pozitron (na snimke on sleva) ne annigiliruet na svoem puti cherez gaz. Otvet na etot vopros takzhe daet teoriya Diraka, i etot otvet ponyaten kazhdomu, kto igraet v gol'f. Esli, postaviv shar na travyanoe pole, vy udarite po nemu slishkom sil'no, to shar ne popadet v lunku, dazhe esli vy tochno pricelilis'. Proizojdet nechto inoe: bystro dvizhushchijsya shar prosto pereprygnet cherez lunku i pokatitsya dal'she. Tochno tak zhe bystro dvizhushchijsya pozitron ne popadet v dyrku Diraka, pokuda ego skorost' sushchestvenno ne umen'shitsya. Poetomu pozitron imeet bol'shuyu veroyatnost' annigilirovat' v konce traektorii, kogda stolknoveniya s drugimi chasticami po doroge osnovatel'no zamedlyat ego. I, kak pokazyvayut tshchatel'nye nablyudeniya, izluchenie, soprovozhdayushchee lyuboj process annigilyacii, dejstvitel'no obnaruzhivaetsya v konce traektorii pozitrona. V etom - eshche odno podtverzhdenie teorii Diraka. Nam ostaetsya eshche obsudit' dva obshchih voprosa. Do sih por ya rassmatrival otricatel'no zaryazhennye elektrony kak lishnie bryzgi perepolnennogo okeana Diraka, a pozitrony - kak dyrki v nem. No vpolne dopustima i protivopolozhnaya tochka zreniya, soglasno kotoroj obychnye elektrony nadlezhit rassmatrivat' kak dyrki, a pozitrony - kak vybroshennye chasticy. Dlya etogo nam neobhodimo lish' predpolozhit', chto okean Diraka ne perepolnyaetsya, a, naoborot, vsegda ispytyvaet nedostatok chastic. V etom sluchae raspredelenie Diraka mozhno naglyadno predstavit' kak nechto napominayushchee kusok shvejcarskogo syra s mnozhestvom dyr v nem. Iz-za obshchej nehvatki chastic dyrki budut sushchestvovat' vsegda, i dazhe esli kakaya-nibud' chastica okazhetsya vybroshennoj iz raspredeleniya, ona vskore snova upadet v odnu iz dyrok. Sleduet skazat', odnako, chto kak s fizicheskoj, tak i s matematicheskoj tochki zreniya obe kartiny absolyutno ekvivalentny, i poetomu sovershenno bezrazlichno, kakoj iz kartin my otdadim predpochtenie. Vtoroe zamechanie mozhno sformulirovat' v vide sleduyushchego voprosa: "Esli v toj chasti Vselennoj, gde my obitaem, sushchestvuet yavnoe chislennoe preobladanie otricatel'no zaryazhennyh elektronov, to mozhno li predpolozhit', chto gde-to v drugoj chasti Vselennoj chislennoe preimushchestvo nablyudaetsya za polozhitel'no zaryazhennymi elektronami?" Inache govorya, kompensiruetsya li perepolnenie okeana Diraka v nashej okrestnosti nedostatkom otricatel'no zaryazhennyh elektronov gde-to v drugom meste? Otvetit' na etot chrezvychajno interesnyj vopros ochen' trudno. Dejstvitel'no, tak kak atomy, sostoyashchie iz polozhitel'no zaryazhennyh elektronov, kotorye obrashchayutsya vokrug otricatel'no zaryazhennogo yadra, davali by takie zhe opticheskie kartiny, kak i obychnye atomy, ne sushchestvuet sposoba otvetit' na etot vopros s pomoshch'yu spektroskopicheskih nablyudenij. Sudya po vsemu, chto my znaem, vpolne vozmozhno, chto obrazovanie veshchestva gde-nibud' v Tumannosti Andromedy proishodit "naoborot" po otnosheniyu k privychnoj dlya nas sheme, no edinstvennyj sposob podtverdit' ili oprovergnut' podobnuyu dogadku sostoit v tom, chtoby razdobyt' kusochek togo veshchestva i proverit', ne annigiliruet li ono pri soprikosnovenii s zemnym veshchestvom. Razumeetsya, v sluchae annigilyacii posleduet uzhasnyj vzryv! V poslednee vremya stali pogovarivat' o tom, chto nekotorye meteority, vzorvavshiesya pri vhozhdenii v zemnuyu atmosferu, vozmozhno, sostoyali iz takogo "perevernutogo" veshchestva, no ya ne dumayu, chtoby podobnye razgovory sledovalo prinimat' vser'ez. Ne isklyucheno, chto vopros o perepolnenii okeana Diraka v odnih chastyah Vselennoj i nehvatke chastic v drugih ee chastyah navsegda ostanetsya bez otveta. Glava 15 Mister Tompkins znakomitsya s yaponskoj kuhnej Odnazhdy Mod otpravilas' na vyhodnoj navestit' tetushku v Jorkshire, i mister Tompkins priglasil professora otobedat' s nim v znamenitom yaponskom restorane. Raspolozhivshis' na myagkih podushkah za nizkim stolikom, oni probovali delikatesy yaponskoj kuhni i potyagivali iz chashechek sake. - Skazhite, pozhalujsta, - obratilsya k professoru mister Tompkins, - doktor Tallerkin upomyanul v svoej lekcii, chto protony i nejtrony uderzhivayutsya v yadre osobymi silami scepleniya. |to te samye sily, kotorye uderzhivayut elektrony v atome? - O, net! - vozrazil professor. - YAdernye sily predstavlyayut soboj nechto sovershenno drugoe. Atomnye elektrony prityagivayutsya k yadru obychnymi elektrostaticheskimi silami, vpervye podrobno issledovannymi francuzskim fizikom SHarlem Opostenom de Kulonom v konce XVIII veka. |to sravnitel'no slabye sily, ubyvayushchie obratno proporcional'no kvadratu rasstoyaniya ot centra. YAdernye sily imeyut sovershenno inuyu prirodu. Kogda proton i nejtron sblizhayutsya vplotnuyu, no ne soprikasayutsya, to mezhdu nimi yadernye sily prakticheski ne dejstvuyut. No kak tol'ko chasticy vhodyat v pryamoj kontakt, mezhdu nimi voznikaet neobychajno moshchnaya sila, kotoraya uderzhivaet ih vmeste. V etom smysle proton i nejtron napominayut dva kusochka lipkoj lenty, kotorye ne prityagivayut drug druga dazhe na malyh rasstoyaniyah, no stanovyatsya nerazluchnymi, kak brat'ya, stoit lish' im soprikosnut'sya. Fiziki nazvali sily, uderzhivayushchie protony i nejtrony v yadre, _sil'nym vzaimodejstviem_. |ti sily ne zavisyat ot elektricheskogo zaryada dvuh chastic i s odinakovoj intensivnost'yu dejstvuyut i mezhdu dvumya nejtronami, i mezhdu protonom i nejtronom, i mezhdu dvumya protonami. - Sushchestvuyut li kakie-nibud' teorii, ob®yasnyayushchie sil'noe vzaimodejstvie? - sprosil mister Tompkins. - Sushchestvuyut. V nachale 30-h godov yaponskij fizik Hideki YUkava vyskazal gipotezu o tom, chto sil'noe vzaimodejstvie obuslovleno obmenom kakoj-to neizvestnoj chasticej mezhdu dvumya nuklonami (nuklon - eto sobiratel'noe nazvanie protona i nejtrona). Kogda dva nuklona sblizhayutsya, mezhdu nimi tuda i obratno nachinayut prygat' kakie-to zagadochnye chasticy, chto i privodit k vozniknoveniyu sil'noj svyazi, uderzhivayushchej nuklony vmeste. YUkave udalos' teoreticheski ocenit' massu gipoteticheskih chastic. Okazalos', chto ona primerno v 200 raz bol'she massy elektrona, ili primerno v 10 raz men'she massy protona ili nejtrona. Takie chasticy poluchili nazvanie _mezatronov_. No otec Vernera Gejzenberga, byvshij professorom klassicheskih yazykov, vozrazil protiv stol' grubogo narusheniya drevnegrecheskogo yazyka. Delo v tom, chto nazvanie _elektron_ proishodit ot grecheskogo ῆλεκτρον (yantar'), a nazvanie _proton_ proishodit ot grecheskogo πρῶτον (pervyj). Nazvanie zhe chasticy YUkavy bylo obrazovano ot grecheskogo μέσον (seredina), v kotorom net bukvy ρ. Vystupiv na Mezhdunarodnoj konferencii fizikov, Gejzenberg-otec predlozhil zamenit' nazvanie mezatron na mezon. Nekotorye francuzskie fiziki vozrazhali potomu, chto nesmotrya na drugoe napisanie novoe nazvanie zvuchit, kak francuzskoe slovo maison (dom, domashnij ochag). Odnako ih dovody ne byli prinyaty vo vnimanie kollegami iz drugih stran, i novyj termin prochno ukorenilsya v yadernoj fizike. No vzglyanite na scenu. Sejchas nam pokazhut mezonnoe predstavlenie! Dejstvitel'no, na scene poyavilis' shest' gejsh, kotorye nachali igrat' v bil'boke: v kazhdoj ruke u gejsh bylo po chashke i oni lovko perebrasyvali sharik iz odnoj chashki v druguyu i obratno. Mezhdu tem na zadnem plane poyavilsya muzhchina i zapel:
For a meson I received the Nobel Prize, An achievement I prefer to minimize. Lambda zero, Yokohama, Eta keon, Fujiyama - For a meson I received the Nobel Prize. They proposed to call it Yukon in Japan, I demurred, for I'm a very modest man. Lambda zero, Yokohama, Eta keon, Fujiyama - They proposed to call it Yukon in Japan. (Za mezon ya poluchil Nobelevskuyu premiyu, No hotel by, chtoby ob etom pomen'she shumeli. Lyambda nol', Iokogama, |ta kaon, Fudziyama - Za mezon ya poluchil Nobelevskuyu premiyu. V YAponii mezon predpochitayut nazyvat' yukonom, YA protivlyus' etomu, tak kak chelovek ya ochen' skromnyj. Lyambda nol', Iokogama, |ta kaon, Fudziyama - V YAponii mezon predpochitayut nazyvat' yukonom.) - A pochemu vystupayut tri pary gejsh? - sprosil mister Tompkins. - Oni izobrazhayut tri vozmozhnyh varianta obmena mezonami, - poyasnil professor. - Mezony byvayut treh tipov: polozhitel'no zaryazhennye, otricatel'no zaryazhennye i elektricheski nejtral'nye. Vozmozhno, chto yadernye sily porozhdeny mezonami vseh treh tipov. - Itak, nyne sushchestvuyut vosem' elementarnyh chastic, - podvel itog svoim razmyshleniyam mister Tompkins i prinyalsya schitat' na pal'cah, - nejtrony, protony (polozhitel'no i otricatel'no zaryazhennye), polozhitel'no i otricatel'no zaryazhennye elektrony i mezony treh sortov. - Net! - voskliknul professor. - |lementarnyh chastic sejchas izvestno ne vosem', a blizhe k vos'midesyati. Snachala vyyasnilos', chto sushchestvuyut dve raznovidnosti mezonov, tyazhelye i legkie. Tyazhelye mezony fiziki oboznachili grecheskoj bukvoj pi i nazvali _pionami_, a legkie - grecheskoj bukvoj myu i nazvali _myuonami_. Piony rozhdayutsya na granice atmosfery pri stolknovenii protonov ochen' vysokoj energii s yadrami gazov, obrazuyushchih vozduh. No piony ochen' nestabil'ny i raspadayutsya, prezhde chem dostignut poverhnosti Zemli, na myuony i nejtrino (samye zagadochnye iz vseh chastic), kotorye ne obladayut ni massoj, ni zaryadom, a tol'ko perenosyat energiyu. Myuony zhivut neskol'ko dol'she, okolo neskol'kih mikrosekund, poetomu oni uspevayut dostignut' poverhnosti Zemli i raspadayutsya na nashih glazah na obychnyj elektron i dva nejtrino. Sushchestvuyut takzhe chasticy, oboznachaemye grecheskoj bukvoj ka i nazyvaemye _kaonami_. - A kakie iz chastic ispol'zuyut eti gejshi v svoej igre? - pointeresovalsya mister Tompkins. - Po-vidimomu, piony, skoree vsego nejtral'nye (oni igrayut naibolee vazhnuyu rol'), no ya ne vpolne uveren. Bol'shinstvo novyh chastic, otkryvaemyh nyne pochti kazhdyj mesyac, nastol'ko korotkozhivushchie, dazhe esli oni dvizhutsya so skorost'yu sveta, chto raspadayutsya na rasstoyanii neskol'kih santimetrov ot mesta rozhdeniya, i poetomu dazhe chuvstvitel'nye pribory, zapuskaemye v atmosferu na sharah, "ne zamechayut" ih. No teper' u nas est' moshchnye uskoriteli chastic, sposobnye razgonyat' protony do stol' zhe vysokih energij, kakie te dostigayut v kosmicheskom izluchenii, t. e. do mnogih tysyach millionov elektron-vol't. Odna iz etih mashin pod nazvaniem lourenstron raspolozhena zdes' nepodaleku, blizhe k vershine holma, i ya budu rad pokazat' ee vam.
Posle neprodolzhitel'noj poezdki na avtomashine professor i mister Tompkins pod®ehali k ogromnomu zdaniyu, vnutri kotorogo nahodilsya uskoritel'. Vojdya v zdanie, mister Tompkins byl potryasen slozhnost'yu gigantskogo sooruzheniya. No po zavereniyu professora, uskoritel' v principe byl ne bolee slozhen, chem prashcha, iz kotoroj David ubil Goliafa. Zaryazhennye chasticy inzhektirovalis' (postupali) v centre gigantskogo barabana i, dvigayas' po raskruchivayushchimsya spiralyam, uskoryalis' peremennymi elektricheskimi impul'sami. Dvizheniem chastic upravlyaet sil'noe magnitnoe pole. - Mne kazhetsya, ya uzhe videl nechto podobnoe, - skazal mister Tompkins, - kogda neskol'ko let nazad posetil ciklotron, kotoryj nazyvalsya "atomnoj drobilkoj". - Vy sovershenno pravy, - podtverdil professor. - Ciklotron, kotoryj vy togda videli, byl izobreten doktorom Lourensom. Uskoritel', kotoryj vy vidite zdes', osnovan na tom zhe principe, no on mozhet razgonyat' chasticy uzhe ne do neskol'kih millionov elektron-vol't, a do mnogih tysyach millionov elektron-vol't. Dva takih uskoritelya byli nedavno sooruzheny v Soedinennyh SHtatah. Odin iz nih nahoditsya v Berkli (shtat Kaliforniya) i nazyvaetsya _bevatron_, poskol'ku razgonyaet chasticy do energij v milliardy elektron-vol't. |to chisto amerikanskoe nazvanie, tak kak tol'ko v Amerike tysyachu millionov prinyato nazyvat' billionom. V Velikobritanii billionom nazyvaetsya million millionov, i nikto v dobroj staroj Anglii eshche ne pytalsya dostich' stol' vysokih energij. Drugoj amerikanskij uskoritel' chastic nahoditsya v Brukhejvene, Long-Ajlend, i nazyvaetsya _kosmotron_. |to nazvanie neskol'ko pretenciozno, tak kak energii, dostizhimye v kosmicheskom izluchenii, chasto namnogo prevyshayut te, do kotoryh razgonyaet chasticy kosmotron. V Evrope, v Evropejskom centre yadernyh issledovanij (CERN) bliz ZHenevy, postroeny uskoriteli, sravnimye s dvumya amerikanskimi uskoritelyami. V Rossii, nedaleko ot Moskvy, postroen eshche odin uskoritel' takogo zhe tipa, obshcheizvestnyj pod nazvaniem _hrushchevtron_. Vozmozhno, chto teper' on budet pereimenovan v _brezhnevtron_. Oglyadevshis' po storonam, mister Tompkins obratil vnimanie na dver', na kotoroj krasovalas' nadpis': ZHIDKIJ VODOROD ALXVARESA  VANNOE OTDELENIE - A chto za etoj dver'yu? - sprosil on. - O! - otvetil professor. - Vidite li, lourenstron proizvodit vse bol'she i bol'she razlichnyh elementarnyh chastic vse bol'shej i bol'shej energii. Ih prihoditsya analizirovat', nablyudaya traektorii i vychislyaya massy, vremena zhizni, vzaimodejstviya i mnogie drugie svojstva, takie kak strannost', chetnost' i t. d. V davnie vremena dlya nablyudeniya traektorij ispol'zovalas' tak nazyvaemaya kamera Vil'sona, za sozdanie kotoroj CH. T. R. Vil'son v 1927 g. poluchil Nobelevskuyu premiyu. V to vremya bystrye elektricheski zaryazhennye chasticy s energiej v neskol'ko millionov elektron-vol't, issleduemye fizikami, propuskalis' cherez kameru so steklyannoj kryshkoj, napolnennuyu vozduhom, pochti do predela nasyshchennym vodyanymi parami. Kogda dno kamery rezko opuskalos', vozduh vsledstvie rasshireniya ohlazhdalsya i vodyanoj par stanovilsya _perenasyshchennym_. V rezul'tate nekotoraya dolya para kondensirovalas' v krohotnye vodyanye kapel'ki. Vil'son obnaruzhil, chto takaya kondensaciya parov v vodu proishodit gorazdo bystree vokrug ionov, t. e. elektricheski zaryazhennyh chastic gaza. No vdol' traektorij elektricheski zaryazhennyh chastic, proletayushchih skvoz' kameru, gaz ioniziruetsya. V rezul'tate neprozrachnye poloski tumana, osveshchaemye istochnikom sveta, raspolozhennym na stenke kamery, stanovyatsya vidimymi na vykrashennom v chernyj cvet dne kamery. Vspomnite snimki, kotorye ya pokazyval vam na proshloj lekcii.
V sluchae chastic iz kosmicheskih luchej s energiyami, tysyachekratno prevoshodyashchimi energii chastic, kotorye my izuchali do sih por, situaciya inaya potomu, chto treki chastic stanovyatsya ochen' dlinnymi i kamery Vil'sona, zapolnennye vozduhom, slishkom maly dlya togo, chtoby mozhno bylo prosledit' ves' trek chasticy ot nachala do konca, poetomu nablyudeniyu dostupna lish' nebol'shaya chast' traektorii. Bol'shoj shag vpered byl nedavno sdelan amerikanskim fizikom Donal'dom A. Glezerom, kotoromu v 1960 g. byla prisuzhdena za eto Nobelevskaya premiya. Kak rasskazyvaet sam Glezer, odnazhdy on sidel v bare i ugryumo nablyudal za puzyr'kami, podnimavshimisya v stoyavshem pered nim bokale piva. Vnezapno emu prishla v golovu ideya: "Esli CH. T. R. Vil'son mog izuchat' kapel'ki zhidkosti v gaze, to pochemu by mne ne zanyat'sya izucheniem puzyr'kov gaza v zhidkosti?" - Ne stanu vdavat'sya v tehnicheskie detali, - prodolzhal professor, - i kasat'sya trudnostej, voznikshih na puti k tehnicheskomu voploshcheniyu idei Glezera. Vam vse ravno oni byli by neponyatny. Skazhu tol'ko, chto dlya nadlezhashchego funkcionirovaniya puzyr'kovoj kamery (takoe nazvanie poluchilo izobretenie Glezera) naibolee podhodyashchej zhidkost'yu okazalsya zhidkij vodorod, temperatura kotorogo sostavlyaet okolo dvuhsot pyatidesyati gradusov po Farengejtu nizhe temperatury zamerzaniya vody. V sosednej komnate stoit bol'shoj kontejner; postroennyj Luisom Al'varesom i zapolnennyj zhidkim vodorodom. Obychno ego nazyvayut "vannoj Al'varesa". - Br-r-r! - poezhilsya mister Tompkins. - Dlya menya holodnovato! - Vam vovse ne nuzhno lezt' v vannu. Vpolne dostatochno nablyudat' za traektoriyami chastic skvoz' prozrachnye stenki. Vannaya funkcionirovala kak vsegda, i kamery so vspyshkoj, raspolozhennye vokrug nee, nepreryvno delali snimok za snimkom. Sama vanna byla pomeshchena vnutri bol'shogo elektromagnita, izgibavshego traektorii chastic, chtoby zatem po izgibu eksperimentatory mogli ocenivat' skorost' ih dvizheniya. - Proizvodstvo odnogo snimka zanimaet neskol'ko minut, - poyasnil Al'vares. - V den' poluchaetsya do neskol'kih soten snimkov, esli ustanovka ne vyhodit iz stroya i ne trebuet kakogo-nibud' remonta. Kazhdyj snimok podvergaetsya tshchatel'nomu izucheniyu, vse treki analiziruyutsya, a ih krivizna tshchatel'no izmeryaetsya. Analiz i izmereniya zanimayut ot neskol'kih minut do chasa v zavisimosti ot togo, naskol'ko interesen snimok i naskol'ko bystro spravlyaetsya s rabotoj devushka. - Pochemu vy skazali "devushka"? - prerval ego mister Tompkins. - Razve eto chisto zhenskoe zanyatie? - Razumeetsya, net, - otvetil Al'vares. - Mnogie iz nashih devushek v dejstvitel'nosti mal'chiki. No kogda my govorim o teh, kto zanimaetsya obrabotkoj snimkov, to nazyvaem ih devushkami nezavisimo ot pola. Termin "devushka" oznachaet edinicu effektivnosti i tochnosti. Kogda vy govorite "mashinistka" ili "sekretar'", to obychno predstavlyaete sebe zhenshchinu, a ne muzhchinu. Tak vot, dlya analiza vseh snimkov, poluchaemyh v nashej laboratorii, nam ponadobilis' by sotni devushek, chto prevratilos' by v nelegkuyu problemu. Poetomu my rassylaem mnozhestvo nashih snimkov v drugie universitety, ne imeyushchie dostatochno sredstv, chtoby postroit' lourenstrony i puzyr'kovye kamery, no raspolagayushchie summami deneg, kotoryh vpolne hvataet na pokupku priborov dlya analiza nashih snimkov.
- Takogo roda snimki poluchaete tol'ko vy ili kto-nibud' eshche? - pointeresovalsya mister Tompkins. - Analogichnye uskoriteli imeyutsya v Brukhejvenskoj Nacional'noj Laboratorii na Long-Ajlende v N'yu-Jorke, v CERNe (Evropejskom centre yadernyh issledovanij) bliz ZHenevy i v Laboratorii "SHCHelkunchik" nepodaleku ot Moskvy v Rossii. Vse eti laboratorii zanyaty poiskom igolki v stoge sena i, chto samoe udivitel'noe, vremya ot vremeni im vse zhe udaetsya najti igolku! - A dlya chego vedetsya eta kropotlivaya rabota? - sprosil v udivlenii mister Tompkins. - CHtoby iskat' i nahodit' novye elementarnye chasticy (najti kotorye, kstati skazat', gorazdo trudnee, chem igolku v stoge sena!) i issledovat' vzaimodejstvie mezhdu nimi. Zdes' na stene tablica izvestnyh elementarnyh chastic i ona uzhe sejchas soderzhit bol'she chastic, chem elementov v Periodicheskoj sisteme Mendeleeva. - A pochemu stol' chudovishchnye usiliya predprinimayutsya lish' dlya togo, chtoby najti novye chasticy? - prodolzhal udivlyat'sya mister Tompkins. - Takova nauka, - otvetil professor, - popytka chelovecheskogo razuma ponyat' vse, chto nas okruzhaet, bud' to gigantskie zvezdnye galaktiki, mikroskopicheskie bakterii ili elementarnye chasticy. Poznavat' okruzhayushchij mir zahvatyvayushche interesno, i poetomu my zanimaemsya etim. - A ne sposobstvuet li razvitie nauki dostizheniyu prakticheskih celej, uvelichivaya blagosostoyanie lyudej i delaya ih zhizn' bolee udobnoj? - Razumeetsya, sposobstvuet, no eto lish' vtorostepennaya cel'. Ne dumaete zhe vy, chto osnovnoe naznachenie muzyki sostoit v tom, chtoby uchit' gornistov budit' po utram soldat, szyvat' ih na zavtraki, obedy i uzhiny ili prizyvat' ih na bitvu? Govoryat: "Lyubopytstvo sgubilo koshku". YA govoryu: "Lyuboznatel'nost' rozhdaet uchenogo". S etimi slovami professor pozhelal misteru Tompkinsu spokojnoj nochi. Zamechatel'nyj fizik-teoretik Georgij Antonovich (Dzhordzh) Gamov (1904-1968) ne byl uzkim specialistom. On ostavil zametnyj sled v kvantovoj mehanike, atomnoj i yadernoj fizike, astrofizike, kosmologii i biologii. Ego idei, yarkie i original'nye, ne raz prokladyvali novye napravleniya nauchnyh issledovanij. Emu prinadlezhat pionerskie raboty po kvantovoj teorii al'fa-raspada i tunnel'nomu effektu, urovnyam energii v yadre, modelyam zvezd s termoyadernymi istochnikami energii, roli nejtrino pri vspyshkah sverhnovyh i novyh, obrazovaniyu himicheskih elementov putem zahvata nejtronov, reliktovomu izlucheniyu i geneticheskomu kodu. Ne menee obshirno, original'no i yarko literaturnoe nasledie G. A. Gamova. Ego peru prinadlezhit uvlekatel'naya avtobiografiya "Moya mirovaya liniya" i celaya rossyp' zamechatel'nyh nauchno-populyarnyh knig, takih, kak "Mister Tompkins v Strane CHudes", "Mister Tompkins issleduet atom", "Raz, dva, tri... beskonechnost'", "Tridcat' let, kotorye potryasli fiziku", "Sotvorenie Vselennoj", "Biografiya fiziki", "Zvezda pod nazvaniem Solnce", "Biografiya Zemli", "Planeta pod nazvaniem Zemlya". Predlagaemaya vnimaniyu chitatelya kniga - pervaya publikaciya proizvedenij G. A. Gamova na russkom yazyke.