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.

---

Вот почему воздух атмосферы слегка ионизирован, говорило большинство учёных мужей, многие из которых на месте Беккереля просто-напросто выбросили бы засвеченные фотопластинки в мусорный ящик.

Для них всё было ясно, никакой таинственности, ведь радиоактивность уже открыта, стоит ли этим заниматься…

И скептики с удивлением наблюдали, как немногочисленные энтузиасты оставляли свои обжитые тёплые кабинеты и отправлялись в самые немыслимые путешествия в разные места земного шара только ради того, чтобы выяснить причину заинтересовавшего их явления.

И что же? Эти чудаки возвращались торжествующими! Да, их подозрения относительно странной ионизации воздуха оказались не напрасными.

Выяснилось, что над пустынным океаном ионизация воздуха лишь немного меньше, чем над сушей, а на вершинах гор она заметно больше, чем на равнинах. Но теперь возникали новые вопросы. При чём здесь радиоактивность почвы и воды? Может быть, всё же виновата радиоактивность воздуха? Нет, измерения и расчёты неоспоримо показали, что она слишком мала и не может вызвать наблюдаемую ионизацию. Значит, твердили чудаки, нужно искать другую, неведомую ещё причину таинственного разрушения атомов воздуха.

И поиски продолжались. Но ещё долго все попытки обнаружить ионизирующий фактор или открыть механизм ионизации, действующий в горах сильнее, чем в низменностях, не приводили к успеху. Загадка казалась неразрешимой.

Вот тогда-то австрийский учёный Гесс высказал твёрдую уверенность в том, что причину ионизации атмосферы надо искать не на Земле. Причиной является излучение, приходящее из космоса. Он убедился в этом, поднимаясь со своими приборами на воздушных шарах. Чем выше он поднимался, тем большей становилась ионизация воздуха. 7 августа 1912 года он достиг высоты пять километров, где степень ионизации была уже в несколько раз выше, чем на поверхности земли. Что представляет собой излучение, вызывающее ионизацию, откуда оно исходит, из чего состоит, каков его характер, какие последствия, кроме ионизации воздуха, оно вызывает, на эти вопросы в то время (а это происходило во второе десятилетие XX века) ни Гесс, ни другие учёные ответа не находили. Да и как они могли бы ответить, если экспериментальная техника того времени была весьма несовершенной. Век электроники только начинался.

АЛЬПИНИСТЫ ПОНЕВОЛЕ

Первые опыты с неизвестным излучением Гесс и другие проводили при помощи очень примитивных приборов. В то время самым острым оружием для таких экспериментов была стеклянная, герметически закупоренная банка, в которой дышали два тоненьких, напоминающих крылья порхающей бабочки листочка фольги. Они были подвешены к металлическому стержню, проходящему сквозь пробку банки. Если банка попадала в очаг электричества, металлический стержень тотчас передавал заряд крылышкам. А те, как и положено одноимённо заряженным телам, отскакивали друг от друга. И тем сильнее, чем больше был их заряд. Так, по взмаху крылышек, учёные определяли, конечно очень приблизительно, степень ионизации среды, окружающей банку.

Захватив с собой столь несовершенных помощников, первые энтузиасты высотного излучения, как его тогда называли, пробирались поближе к вершинам гор, погружались в кристально чистые горные озёра или спускались под землю в глубокие шахты. Учёные ездили к студёному полярному морю и плавали вдоль экватора. Они даже поднимались на воздушных шарах, что требовало в то время немалого героизма, или, на худой конец, забирались на колокольню либо на пожарную каланчу. Короче говоря, они пробирались, вооружённые чуткими крылышками, туда, где, по их расчётам, не было естественных радиоактивных загрязнений, которые могли влиять на ионизацию воздуха.

Как почти в любой области знания, учёные прошли полосу ошибок и заблуждений. Удачи и ошибки вызывали всё больший интерес к новому явлению. И надо сказать, что удачи были очень скромны и малоэффектны, а потому вначале почти незаметны. Зато вокруг ошибок всегда клубились споры и дискуссии. Сколько шума, например, наделала гипотеза американца Милликена, которая затем оказалась ошибкой!

Начал Милликен с большой удачи: ему посчастливилось правильно определить мощность нового излучения, что было нелегко. Но когда он попытался понять природу явления, то поддался на приманку эффектной аналогии.

Милликен, по-своему оценив результаты опытов, пришёл к выводу, что космическое излучение подобно свету. Но отличается оно от света тем, что испускается не поверхностью Солнца и звёзд, а рождается в их недрах. Он думал, что в недрах звёзд ядра атомов сжаты таким колоссальным давлением и накалены до столь чудовищной температуры, что полностью преобразуются в кванты мощного проникающего излучения, аналогичного гамма-лучам радия.

Но впоследствии оказалось, что Милликен не заметил в своей теории существенной ошибки. Если бы всё было так, как он предполагал, то ни Солнце, ни звёзды не могли бы существовать. Они были бы неустойчивы. Давление гипотетического излучения не могло бы быть уравновешено силами притяжения.

Со временем установили, что космические лучи вовсе не электромагнитное излучение и совсем не подобны ни свету, ни рентгеновским лучам или гамма-лучам. Этот вывод следовал из того, что интенсивность космических лучей зависела от географической широты места наблюдения. Этот «широтный эффект» можно было объяснить только влиянием магнитного поля Земли. Отсюда следовало, что космические лучи состоят из частиц, имеющих электрический заряд. Но тогда…

Началась и кончилась Первая мировая война. В России победно отгремела революция. А в области физики космических лучей всё по-прежнему было ново и неизведанно, все по-прежнему оставалось на грани догадки, смелой гипотезы. Недаром после первых шагов ещё лет десять длился спор о самом существовании космического излучения. В это время большинство учёных всего мира резко критиковало догадки Гесса или обходило их молчанием, предпочитая заниматься более насущными научными проблемами. Лишь немногие, самые упорные, старались разобраться.

Кого же из них назвать? Мысовский и Вериго в СССР, Гесс в Австрии, Кольхерстер и Регнер в Германии, да ещё несколько имён. Но уж они-то были полностью увлечены загадкой внеземного излучения. Лишь они угадывали за немногочисленными и малопонятными фактами возможность ответа на самые сокровенные загадки космоса. Им хотелось во что бы то ни стало ухватиться за неуловимую ниточку, чтобы распутать клубок космических проблем. Лишь через пятнадцать лет после открытия возрастающей с высотой ионизации было доказано внеземное происхождение космических лучей, а Нобелевская премия была присуждена Гессу только в 1936 году.

Но исследование высотного излучения было лишь, второстепенной задачей среди научных проблем первой чет верти XX века. Начало столетия принесло физикам много блестящих побед. Одна за другой под напором человеческой мысли распахивались двери в неведомое, трещали и рушились стены прекрасного и, казалось, незыблемого здания классической физики… На научном небосводе вспыхнули имена Планка, Эйнштейна и других творцов современной физики, изменивших понятия человека об энергии, пространстве, времени и массе. Вместо прежних механистических взглядов на природу пришли новые глубокие идеи о прерывности электромагнитной энергии, о частицах света — фотонах, о взаимодействии вещества и энергии, о связи пространства и времени, о делимости атомов вещества на ещё более элементарные частицы… Ломались устоявшиеся представления, учёные привыкали смотреть на мир новыми глазами.

Естественно, что передовые идеи не могли не отразиться на зарождающейся области физики, не могли не скреститься под новым углом зрения, не могли не повлиять на подход к непонятному явлению и методы его анализа. Эти идеи принёс в новую область знаний молодой советский учёный, будущий академик и директор ФИАНа Дмитрий Владимирович Скобельцын.

Скобельцын родился в семье профессора физики. Поэтому он вошёл в науку с запасом лучших традиций русских учёных. Он происходил из семьи, настроенной в политическом смысле революционно, поэтому не боялся и в исследованиях ломать устаревшие взгляды и допотопные методы.

Это, возможно, стало предпосылкой его замечательных достижений в зарождающейся науке о космических лучах.

ТУМАННЫЕ МИРАЖИ

Тридцатичетырёхлетний Скобельцын не избег увлечения модными в то время работами знаменитого учёного Комптона, который изучал взаимодействие рентгеновских лучей с веществом. И действительно, опыты Комптона были так заманчивы, что не могли не привлечь самого острого внимания, не могли не будить воображение настоящего учёного.

Американский физик, изучая взаимодействие рентгеновских лучей с веществом, получил возможность воочию убедиться в характере отношений, царящих в микромире.