Ирина Радунская – Когда физики в цене (страница 39)

Опыт начинался. Они смотрели и видели то, что совершенно невидимо для остальных людей. Они видели свечение столь слабое, что его не мог воспринять ни один из приборов, существовавших в то время.

Это были сотрудники и ученики академика С. И. Вавилова, доказавшего, что человеческий глаз после часового пребывания в темноте, способен видеть мельчайшие порции света, измеряемые всего десятками световых квантов.

Советские оптики настойчиво изучали люминесценцию.

ТАЙНА СВЕЧЕНИЯ

В 1932 году, в то время, когда Павел Алексеевич Черенков изучал свечение ураниловых солей, растворенных в воде и в других жидкостях, многие стороны явления люминесценции были неясны. Всякое новое наблюдение имело здесь цену. Но основным было выявление новых, неизвестных ранее закономерностей.

Как будет изменяться свечение, если добавить в раствор исследуемое вещество? Что будет, если мы разбавим раствор водой? Конечно, яркость свечения при этом изменится. Но важен не голый факт, а точный закон. Необходимо установить зависимость яркости свечения от концентрации светящегося вещества.

По мере ослабления свечения приходилось принимать меры для того, чтобы опыт был безупречным. Ведь под действием радиоактивного излучения могли светиться и стенки сосуда, в который налит раствор. Но просто вылить раствор и изучать свечение стенок пустого сосуда нельзя. Ведь условия при переходе света из стекла в воздух резко отличаются от условий перехода света из стекла в раствор.

Решение принято. Нужно заменить раствор чистой водой. По всем оптическим свойствам, конечно, кроме способности к люминесценции, вода очень мало отличается от слабого раствора.

Опыт поставлен. В сосуде дистиллированная вода. Но свечение почти не отличается от свечения слабого раствора.

Что это, недостаток методики или результат переутомления глаз? А может быть, дистиллированная вода, которой он пользовался, недостаточно чиста? Прежде всего спокойствие и контрольные опыты.

Все начинается сначала. Он берет чистейшую воду и тщательно промывает прибор. Он терпеливо сидит в темноте, восстанавливая остроту зрения. Опыт начинается и приводит его к тому же. В растворе нет ни следа ураниловой соли, но свечение сохраняется. Положение крайне тяжелое. Ему не удается отделить мешающий свет от люминесценции раствора. Что же делать?

Здесь возможно множество путей. Выбор их зависит от индивидуальности ученого, от его кругозора, от интуиции, наконец, от темперамента.

Нужно искать новые пути.

Но Черенков хочет прежде всего ясности. Он должен узнать, почему не удался его опыт. Почему же светится дистиллированная вода? Ведь до сих пор считалось, что она не способна к люминесценции. Однако… Он не может ничего сказать, пока не убедится в том, что вода действительно чиста. Может быть, все дело в стекле? Может быть, стекло, хотя и слабо, растворяется в воде и дает это свечение?

Черенков тщательно сушит свой прибор и наливает в него другую жидкость. Все то же.

Долой стекло. Он берет чистейший платиновый тигель. Под его дном он кладет ампулу с радием. Гамма-лучи от ста четырех миллиграммов радия проходят через дно тигля в жидкость. Сверху на жидкость направлен объектив прибора. Жидкость предельно чиста, а свечение почти не ослабело. Теперь он уверен: яркое свечение концентрированных растворов — это люминесценция. Слабое свечение чистых жидкостей имеет другую природу. Но он продолжает свои исследования.

И вот молодой ученый докладывает о своей работе. Шестнадцать чистейших жидкостей — дистиллированная вода, различные спирты, толуол и другие — обнаружили слабое свечение под действием гамма-лучей радия. В отличие от остальных случаев это свечение не распространяется во все стороны подобно свету от лампы, а видно лишь в узком конусе, вдоль направления гамма-лучей.

Установлено, что во всех этих жидкостях яркость свечения почти одинакова. Сильнее всего оно в четыреххлористом углероде, слабее — в изобутиловом спирте. Но разница невелика — всего 25 %. Он добавлял во все жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий и другие сильнейшие тушители люминесценции. Никакого эффекта — свечение не прекращалось. Он нагревал жидкости, это сильно влияет на люминесценцию, но яркость свечения не изменялась. Теперь он может поручиться, что это не люминесценция.

В 1934 году, после двух лет тщательного исследования, в «Докладах Академии наук СССР» появляется статья Черенкова об открытии.

Сейчас черенковское излучение может увидеть каждый посетитель Всесоюзной промышленной выставки в Москве.

Здесь под пятиметровой толщей воды мягко сияет экспериментальный атомный реактор. Свечение, окружающее его, — это черенковское излучение, вызываемое в воде мощным радиоактивным излучением реактора.

Что он видит?

Волга, как известно, рождается в виде маленького родника среди Валдайской возвышенности. Не скоро она разливается могучей рекой, поражая своей мощью.

Новое открытие вошло в науку не без труда. Многие ученые, в том числе и крупные, сомневались, считали, что опыты поставлены не четко. Коллеги обсуждали с Черенковым его работы. Советовали, высказывали свои соображения.

В то время уже было известно, что люминесценция вызывается не самими гамма-лучами, а электронами, освобождающимися под их влиянием внутри жидкости. Электроны ударом возбуждают атомы жидкости. Вслед за этим атомы излучают свет.

Но Черенков доказал, что открытое им свечение не было люминесценцией.

Академик Вавилов, крупнейший специалист в области люминесценции, научный руководитель Черенкова, высказал предположение о том, что свечение вызвано тормозным излучением, известным как причина возникновения рентгеновских лучей. Весь небольшой коллектив размышлял над загадкой, но эксперименты по-прежнему вел один Черенков.

Помещая свой прибор в магнитное поле, Черенков доказал, что свечение и в этом случае действительно вызывается электронами, выбиваемыми гамма-лучами радия из атомов самой жидкости. В следующем опыте он еще раз подтвердил это, получив свечение чистых жидкостей при воздействии бета-лучей, то есть быстрых электронов, выделяющихся при радиоактивном распаде.

Дальнейшее изучение показало, что излучение, открытое Черенковым, не объясняется резким торможением электронов.

Почти три года ушли на проведение тщательных исследований. Увеличив источник гамма-лучей до 794 мг радия, Черенков добился увеличения яркости эффекта и получил фотографии таинственного излучения. Но никакие опыты не могли непосредственно выявить природу свечения, установить его происхождение, объяснить механизм его возникновения. Было совершенно надежно доказано лишь то, что свечение вызывается электронами, летящими внутри чистой, не способной к люминесценции жидкости.

Это был один из тех случаев, когда следующий шаг должна была сделать теория.

УДАРНАЯ СВЕТОВАЯ ВОЛНА

В различных книгах можно встретить фотографические снимки летящих пуль и снарядов. В обе стороны от их лобовой части расходятся две ровные полосы. Это ударные волны — резкие скачки давления, возбуждаемые предметом, летящим быстрее звука. Такие же ударные волны сопровождают современные сверхзвуковые самолеты.

Что же такое ударная волна и как она образуется?

Катер разрезает гладкую поверхность воды, и по обе стороны от него, подобно журавлиному клину, разбегаются две волны. Если бы недалеко один от другого с одинаковыми скоростями шли два катера, можно было бы заметить, что они образуют одинаковые волны. Если же один из катеров шел бы быстрее другого, то образуемые им волны разбегались бы под более острым углом.

Но если скорость катера уменьшается, то угол, под которым разбегаются носовые волны, увеличивается. Когда же его скорость становится меньшей, чем скорость движения волн по поверхности воды, носовые волны исчезают совсем.

Понять механизм образования носовой волны нетрудно. Бросим в воду камень. От места его падения во все стороны побегут круги. Сколько раз ни кидать камни в одно и то же место, ничего похожего на носовую волну не получится. Лишь круглые кольца волн будут одно за другим разбегаться от места падения камней. Но если кидать камни с грузовика, едущего по берегу быстрее, чем бегут волны по поверхности воды, то картина изменится. Круги, образующиеся от падения отдельных камней, будут накладываться один на другой и образуют полное подобие носовой волны. Отдельные круговые волны складываются воедино, образуя две большие волны, разбегающиеся под углом, который зависит от скорости движения грузовика. В остальных направлениях отдельные круги гасят друг друга.

Попросим, чтобы шофер вел грузовик по берегу очень медленно, и повторим опыт. Теперь отдельные круги не смогут пересечься. Они разбегаются таким образом, что круги, образовавшиеся от падения первых камней, всегда остаются снаружи остальных. Так как все волны бегут с одинаковыми скоростями, круги не могут догнать друг друга и наложиться один на другой.

Совершенно так же обстоит дело при движении катера. Разрезая форштевнем воду, катер образует волны. Если катер идет со скоростью большей, чем скорость волн, то в результате сложения возбуждаемых им волн образуются носовые волны. Излучение, открытое Черенковым, не что иное, как «ударная световая волна».