Борис Смагин – Мудрость эксперимента (страница 1)

Б. СМАГИН

МУДРОСТЬ ЭКСПЕРИМЕНТА

© Издательство «Знание», 1976 г.

ХОРОШАЯ ТЕОРИЯ

ПЛЮС МУДРЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Книга очерков физика и журналиста Б. И. Смагина называется «Мудрость эксперимента». Название абсолютно точное. Теория «умна» по определению: ей надлежит осмыслить данные эксперимента или осветить дорогу опыту. Но если хорошая теория — это умные силлогизмы, то высокого класса эксперимент именно мудр, ибо он способен внести в процесс познания такое содержание, которое не может предвидеть никакая формальная логика теории.

Вот лишь один пример.

Теория симметрии материи и антиматерии — тождество их законов — всегда поражала необыкновенной стройностью. Логичность ее напоминала красоту геометрически правильного чертежа. И вот не так давно было экспериментально обнаружено так называемое «С — Р» — несохранение. В физике высоких энергий, и без того богатой великими достижениями, это, на мой взгляд, одно из самых величайших открытий современности. Это открытие может направить мысль ученых совершенно неожиданным путем в понимании Вселенной и буквально перевернуть практическую деятельность человечества, скажем, по извлечению энергии из вещества. И все это благодаря эксперименту, который сдвинул привычные представления о симметрии мира и показал, что материя и антиматерия «чуть-чуть» не симметричны. Думаю, никакой гений-теоретик не смог бы эту асимметрию предсказать.

Я часто мысленно возвращаюсь к этим удивительным опытам физиков, придавшим особую прелесть и гармонию миру, и всегда вспоминаю еле заметную асимметрию классических образцов творений великих художников и скульпторов, некоторую «неправильность» прекрасных живых лиц и образов, которая и создает истинную красоту.

Вот почему в моем представлении хороший эксперимент не только мудр, но и красив и изящен. И всегда окрашен сладостными муками творчества. Но красота эта в отличие от творений художников, непосредственно связанных с человеком и потому открытых практически всем, понятна чаще всего людям, глубоко разбирающимся в сути дела, специально подготовленным к восприятию гармонии и мудрости эксперимента.

ОТ АВТОРА

Академик Петр Леонидович Капица как-то, выступая перед студентами Физико-технического института, сказал: «Теперь все почему-то стараются стать теоретиками. По этому поводу мне вспоминается любопытное высказывание героини одного американского романа. На возвышенные речи своего поклонника она ответила: «Конечно, пламенные признания прекрасны, но золотой браслет остается на всю жизнь». Разумеется, американка тем самым проявила свою меркантильность, но доля истины в ее словах есть. Применительно к физике можно сказать, что теория действительно увлекательна, но «золотой браслет» хорошего эксперимента остается навечно, составляет историю науки».

П. Л. Капица с полным основанием может говорить так, поскольку он — автор целого ряда классических экспериментов физики сверхнизких температур, вошедших в золотой фонд науки.

Чрезвычайная популярность физических теорий общеизвестна. Тому есть много причин. Парадоксальные эффекты, предсказанные Эйнштейном: время, текущее по-разному в различных движущихся системах; космический путешественник, застающий на Земле своих далеких потомков, которые биологически старше его самого; масса и геометрические размеры тел, изменяющиеся с их скоростью; луч света, отклоняющийся от прямолинейного пути в поле тяготения, — все это, естественно, поражает воображение. А «странный мир» микрочастиц, если воспользоваться терминологией Даниила Данина, а антивещество?

Подобные открытия «на кончике пера» вызывают глубокое и вполне оправданное почтение к их авторам — великим ученым, прокладывающим новые пути познания.

К сожалению, гораздо реже встречаем мы на страницах популярных книг и статей рассказы о современном эксперименте, когда ученые подтвердили ту или иную гипотезу, придав ей статус объективной истины.

А ведь эксперимент двадцатого века отнюдь не стал второстепенным. Наоборот, эксперимент гораздо сложнее, изворотливее, внимательнее и мудрее, так как ему приходится решать задачи исключительной трудности. Кстати говоря, надо помнить, что специальная теория относительности Эйнштейна зародилась как попытка осмыслить знаменитый опыт Майкельсона, показавшего независимость скорости света от движения его источника, — что никак не укладывалось в рамки существовавших в то время представлений.

А часто ли об этом пишут? Скажем, весьма тепло вспоминая замечательного английского ученого Поля Дирака, предсказавшего существование античастиц, иногда почему-то забывают сказать о блистательных экспериментах, выявивших действительных представителей антимира, о поисках позитрона, антипротона и антинейтрона и, наконец, поистине детективную историю поимки антинейтрино.

Но об этих замечательных открытиях все-таки еще говорится, а эксперименты менее известные, как правило, остаются в тени.

И вот мне захотелось рассказать об экспериментах, может быть, и не столь значительных, но, как мне кажется, находящихся в русле развития экспериментальной техники двадцатого века, в какой-то степени типичных.

Здесь представлены четыре раздела науки.

Прежде всего ядерная физика с характерным для нее гигантским размахом, когда одна работа собирает коллектив в несколько сот или даже тысяч человек, и нелинейная оптика, где лишь эксперимент показал всю необычность новых явлений, их существенное прикладное значение. Затем следует физика твердого тела — краеугольный камень современной техники и биохимия — стык наук, где элегантный физический эксперимент проясняет подробности интимной жизни клеток живых существ и растений.

Это своего рода путешествие по лабораториям страны, рассказ о том, как работают ученые нашего времени, замечательные экспериментаторы, своим кропотливым трудом в областях, порой далеких от практики, проявляющие истинный прагматизм науки, все достижения которой в конечном счете используются техникой.

ИСКАНИЯ АТОМНОГО ВЕКА

Одно из важнейших направлений в современной ядерной физике — изучение свойств ядер вблизи границы их устойчивости.

Результаты этих работ имеют существенное значение для понимания структуры ядра, астрофизических процессов, а методы экспериментальных исследований находят важные практические применения.

Стоящее на пригорке здание с корпусами-крыльями напоминает самолет. Утренний туман окутал первый этаж, и кажется, что «самолет» уже отделился от земли и начинает самостоятельное путешествие в неведомые края.

Здание, как и люди, в нем работающие, прочно стоит на земле, но что касается путешествия, то это, пожалуй, довольно точное определение смысла всей деятельности Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований Дубны. Здесь расположилась одна из немногих в мире мастерских, где ученые создают — синтезируют различные изотопы — разновидности элементов периодической системы Менделеева.

Сравнительно недавно периодическая система была ограничена металлом за номером 92 — ураном, элементом, который приобрел столь большую, а в какой-то степени и мрачную популярность, так как послужил основой нового ядерного оружия.

Так началась эра атомной энергетики и, как своеобразное следствие новых достижений науки, время великих географических открытий на карте периодической системы, поскольку техническое освоение внутриядерных процессов оказалось связанным с созидательной работой. В ядерных реакторах во множестве рождались изотопы самых разнообразных представителей системы, в том числе и новых, по-видимому, никогда не существовавших на нашей планете. Так появились заурановые — трансурановые нептуний, плутоний, берклий, америций, кюрий, атомы которых объединяли в своих ядрах все большее количество частиц.

Капитальное ядро, окруженное легкой паутиной стремительных электронных орбит, — картина, ныне знакомая каждому школьнику.

Два рода частиц — нейтроны и положительно заряженные протоны уживаются в ядре, объединенные какими-то, до сих пор не очень ведомыми для физиков, силами.

Тяжелые ядра — своего рода капли, собравшие воедино множество частиц, образования капризные и не очень устойчивые. Ядерные силы уже не могут унять бурное кипение частичек ядра, поэтому капли — ядра тяжелых элементов подвержены непрерывному разрушению — они распадаются, они радиоактивны. А самые тяжелые из всех известных ядер неустойчивы настолько, что иногда разваливаются на две половинки, не только под действием внешних факторов, когда, например, проникшая в ядро новая частица вызывает его разрушение. Ядра делятся и самопроизвольно— спонтанно. И чем ядра тяжелее, тем они неустойчивее и, соответственно, тем короче их жизненный путь.

Вновь открываемые элементы — трансураны подтверждали это предположение, так как время их жизни уменьшалось в прямой пропорции с увеличением массы ядра. И физики решили, что эта тенденция приведет к своеобразному завершению периодической системы элементов, за которым простирается физическое и химическое «ничто».

«Пессимисты» отводили этому «конечному» элементу номер 110, «оптимисты» предполагали, что оканчивается периодическая система элементом 120-м или даже 125-м, но в том, что «конец системы» неминуем, разногласий не было. Так во всяком случае учили нас, студентов-физиков сороковых годов.