Беседы о рентгеновских лучах (второе издание) - Павел Власов

За этим понятием — гордость теоретической мысли XX века. Нейтронные звезды были открыты сперва в кабинете, «на кончике пера», причем физиком, не астрономом. А уж потом, треть столетия спустя, — в небо, притом астрономией невидимого.

Возможность их существования первым предвосхитил советский физик Л. Ландау, впоследствии академик, лауреат Ленинской и Нобелевской премий. Свою идею он высказал сразу же после того, как был открыт нейтрон (1932 г.). Вслед за физикой, в 1934 году, сказала свое слово и астрономия: они могут возникать при вспышках сверхновых (о них речь впереди), — эту гипотезу выдвинули американские астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки.

Что мы знаем о нейтронных звездах сегодня? Они образуются из обычных, когда у тех постепенно выгорает термоядерное топливо и нарушается равновесие между противоборствующими стихиями тепла и тяготения. Гравитационное сжатие, еще недавно сбалансированное термическим расширением, одолевает сопротивление конкурирующих сил, распирающих изнутри гигантскую, больше нашего Солнца, звезду.

И вот результат — коллапс (от латинского «падать»). За несколько секунд газообразный огненный шар превращается в твердое тело, поперечник которого примерно в 100 тысяч раз меньше первоначального. Катастрофа сопровождается вспышкой, при которой сбрасывается часть массы, в основном из поверхностных слоев. Но то, что остается, стремительно упаковывается в ничтожную долю прежнего объема. Плотность возрастает в миллиарды миллиардов раз.

Трудно представить подобные метаморфозы, тем более что они протекают мгновенно. Атомы стискиваются так, что не остается пустот между ядрами и электронными оболочками. Одни элементарные частицы вдавливаются в другие (скажем, электроны — в протоны с образованием нейтронов). Происходит нейтронизация вещества. Получается сгусток материи с фантастически жесткой корой километровой толщины. Он спрессовав до невообразимой плотности, которая у него может оказаться больше, чем даже у атомного ядра.

Ядро диаметром 20 километров! Вот что такое рентгеновская звезда. Если бы случилось невозможное — наша планета каким-то чудом столь же быстро перешла в такое состояние, ее поперечник в мгновение ока уменьшился бы в 130 тысяч раз, до 100 метров Одна ее чайная ложечка была бы тяжелее миллиарда тонн.

«Если бы я уронил такую ложку на пол, этот миллиард тонн пробил бы Землю насквозь, вылетел с другой стороны, вернулся бы обратно через ту же скважину и так качался бы подобно маятнику, пока не остановился бы в центре», — поясняет американский астроном Ф. Дрэйк, известный как автор знаменитого проекта ОЗМА, по которому в 1960 году начались первые серьезные поиски сигналов от внеземных цивилизаций.

О невероятных фактах и правдоподобных фантазиях. Как В Рентген не признавал электроны, хотя именно они порождают его икс-лучи. Как доказали, что видимую и невидимую радиацию можно увидеть из-за угла

— Да, по части воображения иные ученые мужи не уступят писателям-фантастам. Не потому ли, что не хватает достоверных сведений?

— А если наука и впрямь обгоняет фантастику? Кстати, о фантазии. «Напрасно думают, что она нужна только поэту. Это глупый предрассудок! Даже в математике она нужна… Фантазия есть качество величайшей ценности», — писал В. Ленин.

— В науке — да. Но в популяризации… Не лучше ли отбирать для непосвященных лишь самое достоверное, апробированное, без фантазерства? Факты и еще раз факты!

— Фактологическое изложение не пробуждает воображение, а усыпляет, загромождает память справочными данными, обилие которых создает иллюзию эрудированности.

«Быть может, эти электроны — миры, где пять материков, искусства, знанья, войны, троны и память сорока веков!» — писал В. Брюсов в 1922 году.

«Мир — рвался в опытах Кюри атомной, лопнувшею бомбой на электронные струи невоплощенной гекатомбой…» — писал А. Белый в 1921 году.

Оба автора были образованнейшими людьми своего времени, но прежде всего поэтами. Так что не будем касаться вопроса, как далеко могло увлечь того и другого воображение, насколько оторвалось оно от физической реальности. Нас интересует другое. Электроны — фикция или факт? Странный вопрос! Судя по приведенным цитатам, он был решен более полувека назад. И уж тем более наивно выглядело бы такое сомнение сегодня, когда электроника окружает нас всюду, даже в домашнем, а не только научном обиходе- Примеров великое множество: от электролампочек до квантовых генераторов, от телевизоров до электронных микроскопов, от транзисторов до электронно-вычислительных машин… А рентгеновская радиация — что порождает ее на земле и в небе? Те же электроны!

Между тем сама мысль о них воспринималась некогда как плод разыгравшегося воображения, фантазерства, не приставшего истинному ученому. Мягко выражаясь, как «недоказанная гипотеза, применяемая часто без достаточных оснований и без нужды». На том категорически настаивал не кто иной, как сам В. Ренгген. Человек, который, как выразился один из его учеников и сотрудников, академик А. Иоффе, «больше, чем кто-либо из современников способствовал созданию новой физики нашего столетия — физики элементарных процессов и электронных явлений».

Не признавая понятие «атом электричества», родившееся в 1897 году, первооткрыватель икс-лучей запрещал даже произносить в стенах Мюнхенского физического института это «пустое слово, не заполненное конкретным содержанием». Вето было снято лишь в 1907 году, после многолетней «борьбы за электрон», в которой участвовал и молодой А. Иоффе, смело вступавший в дискуссии с суровым мюнхенским профессором, лауреатом первой из Нобелевских премий, присуждаемых с 1901 года.

«Гипотез не измышляю», — мог бы повторить вслед за И. Ньютоном и В. Рентген, автор единственного серьезного научного предположения (оно, увы, оказалось неверным, но об этом речь впереди). Виртуоз экспериментаторского искусства, великий немецкий физик поклонялся Его Величеству Опыту. Факту, а не фикции (за каковую почитал и «безумную идею» — мысль об «атоме электричества»).

«Опыт без фантазии или воображение без проверки опытом может дать немногое», — считал другой великий физик, маг эксперимента и волшебник теории Э. Резерфорд. «Неистовый новозеландец» заявил это в 1923 году, когда В. Рентгена не стало. Но еще при жизни тот мог воочию убедиться, сколь плодотворны «безумные идеи», рожденные неистовой фантазией настоящего ученого.

В 1911 году появилась дерзкая «умозрительная конструкция» атома, созданная воображением Э. Резерфорда. Как известно, она представляла собой подобие солнечной системы: в центре — ядро, на периферии — электроны, вращающиеся по круговым орбитам, словно планеты около своей звезды. Символично, что в самом термине «планетарная модель» слились понятия микро- и мегамира, как бы олицетворяя единство начал вселенной, которое столь наглядно продемонстрировала нам астрофизика.

Схема потом уточнялась, пересматривалась, видоизменялась, но она сделала свое дело, послужив мощным импульсом для дальнейших поисков. Уже в 1913 году на этом фундаменте построил теорию атома датчанин Н. Бор. Великий физик, который не только не чурался самых фантастических гипотез, но и сам их высказывал и завещал нам такой подход к любой из них: «Вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной».

Период «штурм унд дранг» («буря и натиск»), начавшийся в физике еще при жизни В. Рентгена, ознаменовался фейерверком «безумных идей». Одна из них сформулирована в том же 1923 году французским ученым Л. де Бройлем, тогда еще молодым диссертантом. Принята она была, по свидетельству самого автора, «сначала с удивлением, к которому, несомненно, примешивалась какая-то доля скептицизма». «Идеи диссертанта, конечно, вздорны, — честно признавался его научный руководитель П. Ланжевен, — но развиты с таким изяществом и блеском, что я принял диссертацию к защите».

Речь идет об общепризнанном ныне факте. О знаменитом дебройлевском дуализме, единстве противоположных на первый взгляд свойств корпускулярности и волнообразности. Вроде бы и впрямь «две вещи несовместные», они тем не менее мирно сосуществуют рядом. Особенно заметно это парадоксальное сочетание в микромире.

За иллюстрациями ходить недалеко. Достаточно взять нынешние энциклопедии. В статьях о дифракции там нередко сопоставляют два очень похожих, хотя и весьма различных, снимка. На каждом — геометрически правильный узор из светлых и темных пятен, полученный на фотоэмульсии при просвечивании кристалла. В одном случае — пучков электронов, в другом — рентгеновских лучей.

Словом, мельчайшие крупицы материи могут вести себя подобно минимальным порциям энергии, корпускулы — подобно квантам, иначе говоря, вещество подобно радиации. И наоборот.