Проклятые вопросы

ЗВЁЗДНЫЕ ЛИВНИ

Физики — это люди, которые слышат и видят то, что другим недоступно. Рёв пушек Первой мировой войны не помешал им услышать взрывы, происходящие в микромире. Нормальный полноценный атом — частица воздуха, или земли, или нашего тела — вдруг разбивается вдребезги… Непонятно по какой причине…

Начали распространяться слухи о каких-то таинственных лучах, о разрушенных атомах, якобы обнаруженных в воздухе. Это были удивительные находки. Среди полноценных атомов в воздухе попадались атомы с «ободранными» электронами!

Как обнажились атомы? Откуда в воздухе появились очаги электричества?

Тогда ещё было свежо впечатление от наделавших много шума невидимых лучей Беккереля, открытых в 1896 году. Чудесная и поучительная история этого открытия долго обсуждалась в кругах учёных.

Французский физик изучал люминесценцию ураниловых солей, которые ярко светились в темноте, если их до этого подержать на солнце. Беккерель предполагал, что солнце заставляет эти соли вместе с видимыми лучами испускать рентгеновские лучи. Ему удалось доказать на опыте, что ураниловые соли при этом засвечивают фотопластинки, защищённые непрозрачной чёрной бумагой. Это показалось Беккерелю важным открытием, и он 24 февраля 1886 года доложил о нём Парижской академии наук.

Чтобы уточнить природу вновь открытого явления, Беккерель подготовил к опыту новую партию фотопластинок и, завернув их в чёрную бумагу, положил на каждую по стеклянной пластинке, покрытой солью урана. Но природа воспротивилась намерениям учёного. Солнце скрылось, и надолго установилась пасмурная зимняя погода. Лишь в воскресенье 1 марта 1896 года выглянуло солнце.

Беккерель был опытным экспериментатором. Он не спешил. Прежде чем начать опыты, он проверил, не испортились ли фотопластинки за время долгого пребывания в столе.

Проявив некоторые из них, он с величайшим удивлением увидел, что они потемнели, хотя ураниловые соли не освещались солнцем и, следовательно, не могли люминесцировать.

Да, Беккерель был настоящим исследователем. Он не прошёл мимо странного случая, не отнёс его за счёт плохого качества фотопластинок. Учёный тщательно изучил все обстоятельства и установил, что урановая руда сама по себе испускает невидимые активные лучи, проникающие сквозь непрозрачные тела. Так сочетание случая, наблюдательности, логического мышления и экспериментального искусства привело к открытию радиоактивности.

Радиоактивность стала модой, ею пытались объяснить все непонятные явления. И когда учёные обнаружили постоянное присутствие в воздухе атомов, потерявших один или несколько электронов, в этом прежде всего обвинили радиоактивность. Тем более что небольшое количество радиоактивных веществ действительно обнаружили в почве, в воде, в воздухе.

Вот на эти-то естественные радиоактивные загрязнения и пало подозрение. Они-де испускают лучи, которые разрушают атомы воздуха и обрывают с них электроны, словно виноградины с кисти. Они и являются причиной того, что вместе с нейтральными атомами в воздухе встречаются отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные остатки разбитых атомов — ионы.

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.

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.

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.

Вот фотон рентгеновских лучей подобно невидимому бильярдному шару со скоростью света налетает на электрон — второй шар — и приводит его в движение. Ударив, фотон отдаёт электрону часть своей энергии.

Но сколько фотон отдаёт и сколько оставляет себе? Было ясно, что величина переданной энергии зависит и от первоначальной энергии рентгеновского фотона, и от направления, в котором полетит электрон.

Но Комптону никак не удавалось точно измерить энергию, получаемую электроном в отдельном акте взаимодействия. Ни он, ни другие учёные, бившиеся над этой задачей, не могли надёжно оценить такую малую порцию энергии. Эту цель и поставил перед собой Скобельцын, решивший во что бы то ни стало проверить теорию Комптона прямым экспериментом.

Он хотел измерить энергию отдельных фотонов и надёжно подтвердить предположение о прерывистой природе электромагнитной энергии, выдвинутое Эйнштейном. Кроме того, электроны невидимы, а учёному хотелось увидеть весь акт собственными глазами. Но как это сделать?

Скобельцын решил воспользоваться для этого одним остроумным прибором. Прибором, который умел невидимое сделать видимым. Принцип его работы звучит как парадокс: в приборе образуется туман, помогающий видеть. В современном исполнении вместе с системой автоматического управления камера Вильсона (так называют прибор по фамилии его изобретателя) напоминает заряженное ружье, готовое выстрелить при нажатии курка. Курком служит невидимая частица, несущая на себе электрический заряд. Это ружьё взводят, создавая в нём пониженное давление.

Попав в камеру Вильсона, наполненную разреженной смесью аргона с парами воды и спирта, частица разбивает на своём пути встречные молекулы, образуя ионы. И те невидимой цепочкой выстраиваются вдоль пути частицы. На этих ионах осаждаются капельки воды, прочерчивая в камере чёткий след движущейся невидимой частицы.

Так Дмитрий Владимирович решил первую часть задачи: увидел след электрона. Но сказать что-либо о взаимодействии электрона с электромагнитным полем учёный по-прежнему не мог.

Перебирая множество способов измерить силу взаимодействия таких невидимых глазу объектов, как электрон и отдельный фотон, Скобельцын, возможно, вспомнил увлекательную игру, называемую китайским бильярдом.

В наклонной доске сделаны лунки. Играющий, толкая шарик, лежащий в гнезде в нижней части доски, должен загнать его в лунку. Шарики, двигаясь по доске, описывают кривые линии. Чем медленнее начинает своё движение шарик, тем больше искривлён его путь. Если толкнуть шарик сильно, то есть сообщить ему большую начальную энергию, он покатится по более пологой кривой. Сила, искривляющая путь шарика, — это сила притяжения. Если доска китайского бильярда лежит горизонтально, то играть невозможно. Шарики будут двигаться по прямым линиям, как в обычном бильярде, и в лунки не попадут.

Но если шарики сделать из железа, а вблизи доски поместить сильный магнит, игра вновь приобретает смысл. Теперь магнитное поле, заменив поле тяжести, будет искривлять пути шариков.

Очень похожий по смыслу опыт и был задуман Скобельцыным. Он решил поместить в магнитное поле… камеру Вильсона. Вместо шариков использовать электроны, а роль толкачей поручить фотонам гамма-лучей радия.

Так он и поступил. Взял большой и сильный магнит, поместил между его полюсами камеру Вильсона и пропустил через неё гамма-лучи радия. Лучи, встречая на своём пути атомы вещества, заполняющего прибор, выбивали из них электроны. Чем большую энергию несли с собой лучи, тем большую скорость движения приобретали электроны, тем меньше искривлялся их путь под влиянием магнитного поля.

Теперь учёный получил возможность по характеру искривления путей электронов, следы которых появлялись в приборе, и по углам их вылета из атомов судить не только об энергии электронов, но и об энергии исследуемых лучей.

Это был остроумный и точный способ измерения энергии не только электронов, но любых заряженных микрочастиц. Весть о нём быстро облетела научный мир.

Комптон направил молодому советскому учёному письмо, в котором поздравил его с изобретением нового метода и с важными для науки результатами опыта.

Новый метод широко вошёл в практику физических лабораторий. Он дал в руки учёных способ, которым по кривизне следа электрона или другой заряженной частицы можно определить не только знак заряда, но и энергию частицы. То есть можно опознать её!

Применение магнитного поля для исследования микрочастиц с тех пор стало основным в арсенале физиков. В магнитные поля помещают фотопластинки, огромные пузырьковые камеры и другие устройства, предназначенные для изучения микромира.

Впоследствии метод Скобельцына помог учёным познакомиться с целой плеядой микрочастиц. Но это пришло позже. Когда же Скобельцын впервые применил свой метод, это прежде всего помогло совершить перелом в науке о космических лучах…

…Ничто не предвещало сенсации. Шли будничные опыты. Проводя очередной опыт при помощи камеры Вильсона, Скобельцын разглядел частицу, которая летела в сотни тысяч раз быстрее, чем пуля или снаряд! Дмитрий Владимирович обнаружил след заряженной частицы, путь которой вопреки обыкновению не искривлялся магнитным полем, созданным в камере.

«Ого! — подумал учёный. — Так может вести себя только частица с очень большой энергией. Даже магнитное поле не может заметно искривить её путь! Откуда же она могла взяться?..»

Измерения показали, что ни один из известных земных радиоактивных источников не мог испустить частицу со столь высокой энергией.

Скобельцын пришёл к выводу, что наблюдаемое им явление не земного происхождения. Следы вели в космос.

Постепенно Скобельцын и учёные, продолжавшие изучать причину ионизации атмосферного воздуха, поняли, что наблюдаемые ими явления тождественны, что предполагаемые космические лучи не электромагнитное излучение неизвестного типа, но поток заряженных частиц. Так теперь их и называют: частицами космических лучей, или просто космическими частицами.

С того памятного дня, когда первая частица залетела в прибор Скобельцына, учёный перенёс свою работу в область физики космических частиц и увлёк за собой своих учеников.

Так было посеяно зерно, выросшее со временем в ветвистое дерево новой области физики.

Началось систематическое изучение космических частиц.

Земной шар велик, и часто люди, увлечённые одним и тем же делом, ничего не знают друг о друге. В нашем рассказе наступил момент, когда необходимо вспомнить о замечательном учёном, любовью которого в науке тоже были космические частицы. По происхождению он венгр. Имя его Лайош Яноши. Знавшие его помнят сказанные им мудрые слова: «Чтобы творить современную науку, надо общаться, спорить, критиковать друг друга, помогать друг другу…»

…Перед поездкой в Венгрию друзья предупреждали меня: не увлекайся кофе! Венгерский кофе так крепок, что после маленькой чашечки хочется рубиться на саблях.

Увы, даже две чашки в привокзальном буфете Будапешта не повысили мое настроение.

Спутники по вагону разошлись, а я ещё долго стояла на гудящем от ветра и неприютном в вечерних сумерках перроне в чужом городе, в чужой стране — и никто не спешил мне навстречу.

Где-то что-то не сработало. И тот, кому было поручено меня встретить, не пришёл.

Оставался выход, который я считала запасным. За какой-нибудь час до отъезда из Москвы знакомый дал мне телефон будапештского друга: «Позвоните, если будет время… Петер Варга отлично знает венгерское искусство, любит картины. Милый, тёплый человек. Кстати, он неплохо говорит по-русски».

Случайный разговор… Однако теперь Варга — единственная моя опора в чужом городе, единственный человек, который может мне сейчас помочь!

Петер Варга оказался не только милым человеком. Крупный физик, сотрудник головного института физики Венгерской академии наук, он помог мне осуществить цель моей командировки, познакомил с венгерской наукой, венгерскими учёными. И прежде всего со своим учителем, замечательным учёным, академиком Яноши.

Он же, Варга, помог мне спустя несколько лет, уже после смерти академика Яноши, познакомиться в том же институте с продолжением работ Яноши, с экспериментом, о котором тот мечтал всю жизнь. Было это уже в октябре 1988 года.

А сейчас я расскажу об академике Яноши и о его идеях, Окажись журналист, интересующийся наукой, в Англии, он будет мечтать о встрече с Полем Дираком. Во Франции — с Луи де Бройлем. В Японии — с Хидэки Юкавой. В каждой стране есть свой кумир.

В Венгрии — это Лайош Яноши.

Разумеется, это не означает, что другие учёные хуже.

В Венгрии много талантливых учёных. И Яноши выделяется не тем, что он самый главный, и не тем, что ученикам случалось видеть его в двух галстуках и непарных ботинках. Это бывало со многими… но не каждый мог создать собственную трактовку теории относительности и внести заметный и совершенно оригинальный вклад в любую из проблем, которой ему пришлось заниматься.

Яноши родился в 1912 году. Его детство совпало с Первой мировой войной. Военная сумятица, победоносные речи, культ военщины… Кто знает, как сложилась бы его судьба, родись он в семье военного. Но Лайош родился в семье учёного, а учёные в то время были оглушены событиями, происходящими не по вине враждующих армий. Если бомбы и снаряды сметали с лица Земли жилища и заводы, деревни и города, то статьи в научных журналах рушили мир, созданный наукой, трудами и воображением исследователей, мир, на протяжении веков считавшийся устойчивым и непоколебимым. Под грохот Первой мировой войны неслышно и незаметно для миллионов людей рушился Ньютонов мир! И повинен в этом был единственный человек, робкий, застенчивый, ещё очень молодой Альберт Эйнштейн. Первым залпом по мирозданию, которое век за веком, кирпич за кирпичом возводили поколения физиков, была небольшая статья в научном журнале, в которой, сам того не ведая, Эйнштейн ввёл в физику одно из главных понятий диалектического материализма об относительности таких основных свойств природы, как пространство, время, масса и энергия. Как могло это не стать сенсацией, если именно на представлении об их абсолютности покоилась вся наука от древнейших времён до опубликования Эйнштейном Специальной теории относительности в 1905 году и Общей — в 1916-м.

Учёные задыхались от неожиданности и изумления — физика перевернулась с головы на ноги!

Яноши рос не просто в семье учёного, но в семье астронома, а на плечи астрономов легла ещё большая, чем на плечи физиков, ответственность за содеянное Эйнштейном. Ведь Эйнштейн в результате многолетних усилий построил, а в 1917 году опубликовал новую модель Вселенной, и она начисто зачёркивала все другие, с таким тщанием созданные поколениями астрономов!

К XX веку все уже привыкли к мысли, что Вселенная безгранична, что она содержит бесчисленное множество миров, подобных солнечному, и что мировое пространство обладает свойствами, объяснимыми геометрией Евклида. Как удобно было считать луч света синонимом и символом прямой линии и представлять себе, что свет от звёзд расходится во все стороны по прямым, как стрела, направлениям! Такую модель Вселенной современный человек пояснил бы так: если космический корабль отправится в путь по прямой линии, он никогда не достигнет границы мира… Впрочем, ещё древние греки придерживались этой же точки зрения, но выражали её на языке понятий своего времени: если воин будет на бегу бросать копьё всё дальше и дальше, он никогда не остановится, так как у него всегда будет возможность сделать ещё шаг и ещё раз метнуть копьё… Во многих научных книгах и в наши дни можно увидеть фигуру воина с копьём — неожиданный символ познания.

Астрономы, которым выпала доля первым познакомиться с моделью Вселенной Эйнштейна, в беспомощном гневе увидели, что лучи света в его космосе уже не являются прямыми линиями. Они изгибаются, забыв об Евклиде, а копьё (если бы воин-гигант смог бросить его со сверхисполинской силой), описав плавную линию по искривлённой эйнштейновской Вселенной, возвращается к воину, чтобы поразить его самого.

Правда, Эйнштейн вскоре отказался от своей модели, но на основании его теории относительности были созданы многие другие. Советский математик и метеоролог Фридман, бельгийский аббат Леметр, английский астроном Эддингтон строили, рисовали, рассчитывали, лепили новый мир — воображение было разбужено, оно искало выхода.

В среде учёных бушевали страсти, составлялись планы ниспровержения Эйнштейна, у него появились яростные враги и пламенные почитатели. Но споры не разрешили сомнений. Теорию Эйнштейна можно было подтвердить или опровергнуть только одним-единственным образом — экспериментом. Первыми за дело принялись астрономы. Раз Эйнштейн утверждает, что луч света вблизи больших масс искривляется, — это надо увидеть!

Случай сам шёл в руки. Приближалось солнечное затмение. И уравнения Эйнштейна подсказали эксперимент, который должен был раз и навсегда решить, чего стоит Эйнштейн. План был прост. Когда диск Луны закроет Солнце и потушит его блеск, станут видимыми звёздочки, оказавшиеся в этот момент вблизи Солнца. Их расположение на небе было специально измерено за полгода до затмения, когда Солнце было ещё далеко от них и не могло искривить идущие от них световые лучи. Впрочем, это была излишняя добросовестность — положение звёзд на небосводе давно занесёно со скрупулёзной точностью в астрономические каталоги. И если лучи света от звёзд действительно искривляются массой Солнца, то их координаты, измеренные во время затмения, будут другими, чем зафиксированные в каталогах.

Астрономы заранее подсчитали, какие результаты будут в случае, если прав Эйнштейн, и в том случае, если он ошибается.

Экспедиция была дальней. О ней много говорили, к ней долго готовились. Возглавлял её один из восторженных почитателей Эйнштейна — Эддингтон. Он так волновался, что его коллеги сочинили анекдот. Один участник экспедиции якобы спрашивает другого:

«А что, если мы получим отклонение лучей света звёзд другое, чем предсказывает Эйнштейн?»

«Не дай бог, — отвечает тот, — Эддингтон сойдёт с ума!»

Маленькому Лайошу Яноши, сыну венгерского астронома, было семь лет, когда происходили эти удивительные события. Его воображение было взбудоражено. Его нельзя было уложить в постель, когда отец и его гости говорили о том, что было романтичнее и увлекательнее, чем любые приключения в самой волшебной сказке.

Это один из примеров влияния на творческую жизнь человека впечатлений детства. Бывает, что толчком, дающим ход воображению, мысли, вовсе не обязательно являются столь оглушительные события. Иначе как объяснить, что другой мальчик, родившийся на столетие раньше (мальчик, ставший писателем), Эдгар По, тоже «болел» космосом? Болел без видимых оснований (тогда не было никакой острой «космической инфекции») и даже создал впоследствии теорию осциллирующей Вселенной, правда сбивчивую, но страстно изложенную в странной космологической работе под названием «Эврика».

Судьбу Эйнштейна, по его собственным словам, тоже определили два «чуда» детства: компас и евклидова геометрия, которую он прочитал в двенадцать лет…

— И мой путь был определён в детстве, — рассказывал мне академик Яноши при знакомстве. — Тогда в науку шли только по призванию. Профессия физика была тяжёлой. Правительства не очень жаловали науку. Но я рос в атмосфере постоянных размышлений о сути природы, о смысле жизни, о роли человека и учёного в обществе. И другого пути, чем в науку, выбрать не мог.

Теория относительности была первой путеводной звездой, которая повела маленького Лайоша по жизни. Можно сказать, что он воспринял новый взгляд на мир на пороге детской. Это было важное преимущество, доставшееся ему само собой, преимущество перед предшествующим поколением физиков, которым приходилось с большим трудом преодолевать традиционный подход к явлениям природы, воспитанный в них доэйнштейновской школой. И если вспомнить, что даже в 1935 году профессор Чикагского университета, известный физик Макмиллан, говорил на лекциях своим студентам, что теория относительности — печальное недоразумение, то уже без удивления воспринимаешь тот факт, что один из современников Эйнштейна насчитал лишь двенадцать человек, по-настоящему понимавших его теорию.

В 1965 году, когда Яноши уже опубликовал свой вариант теории относительности, физик Гарднер писал об эйнштейновской: «Его теория так революционна, так противоречит «здравому смыслу», что даже сегодня имеются тысячи учёных, в том числе и физиков, для которых понимание её основных положений сопряжено с такими же трудностями, с какими сталкивается ребёнок, пытаясь понять, почему люди в Южном полушарии не падают с Земли».

Разобраться в теории относительности, развить её, преодолеть трудности, с которыми последние тридцать лет жизни сражался сам Эйнштейн, пытаясь разрешить главные противоречия в проблемах мироздания, могло лишь молодое поколение физиков. Поколение, к которому и принадлежал Яноши.

Когда он впервые столкнулся с новыми веяниями в физике, с новыми взглядами на окружающий мир, ему не нужно было вытеснять ими какие-то другие, уже ставшие для него органичными представления. Он не должен был переучиваться, насиловать себя, настраиваться на чуждые ему идеи. Свежие взгляды на мир Яноши принял как естественное положение вещей. Ему ничто не мешало почувствовать себя дома в мире относительности — странном для поколения его отца.

Но для того чтобы Яноши мог представить на суд своих современников труд под многозначительным названием «Теория относительности, основанная на физической реальности», должно было пройти немало лет. Прежде чем стать одним из самых авторитетных учёных наших дней, ему предстояло учиться — и он отправился в Германию, где Гитлер ещё не произвёл трагическую ревизию немецкой науки и в немецких университетах можно было слушать лекции таких замечательных учёных, как Шрёдингер, Блеккет, Кольхерстер; Яноши предстояло стать начинающим физиком — и он стал ассистентом Кольхерстера.

И тут для него взошла вторая путеводная звезда.

Родилась физика космических лучей. Она увлекла многих учёных — не только тем, что могла помочь изучить космос, макромир. Главное, она открывала дорогу в микрокосмос, в царство атома, населённое ещё не ведомыми людям планетами — элементарными частицами. Как мы знаем, огромный вклад в эту область физики внёс русский физик, молодой тогда Дмитрий Скобельцын, основоположник советской школы космиков. Он проводил виртуозные эксперименты в камере Вильсона, он первым наблюдал пролёт через камеру космической частицы, он предложил и методику наблюдений. Повторяя его эксперимент, учёные всего мира учились работать с космическими частицами.

Космическая частица раскалывала атом, как щипцы орех; оставалось посмотреть, из чего состоит этот орешек. Никаким другим способом в те времена расколоть ядро атома не представлялось возможным. На Земле не умели получать снаряды такой мощности, как космическая частица. Даже речи не возникало о строительстве ускорителей. И никаких элементарных частиц, кроме электрона и протона, учёные не знали. Космическая частица могла стать первым проводником в микромир.

По этой дороге и пошёл Лайош Яноши после окончания университета. Его захватили трудности, которые возникли с первых же шагов этой увлекательнейшей области физики. Все понимали, что цель исследований — наблюдение и изучение взрыва от встречи космической и земной частиц материи. Но никто не знал, где произойдёт этот взрыв! Напрашивались три линии поведения: исследователю предоставлялась возможность либо гоняться за своеобразной «бабочкой» с сачком по всему земному шару. Либо сидеть и ждать, когда она пролетит под носом у исследователя. Либо — это и захватило Яноши — надо было организовать нужный эксперимент самому, поймать космическую частицу в нужном месте и в нужный момент, заставить её полностью проявить себя. В общем, надо было придумать, как разыграть «спектакль» по заранее намеченной программе.

Постепенно становилось ясно, что уникальный пролёт через прибор космической частицы можно перевести в разряд более простых: ловить не первичную космическую частицу, а тот ливень частиц, который она вызывает в атмосфере. Физики начали придумывать для этого самые различные способы, строили сложные приборы, целые системы счётчиков, часто разнесённых на огромные расстояния друг от друга, снова отправлялись в дальние путешествия и даже поднимались на воздушных шарах.

Яноши, ставший ассистентом Кольхерстера, начинает работать над созданием особых систем счётчиков космических частиц со свинцовыми фильтрами. Изменяя толщину этих фильтров, ему удаётся проследить цепную реакцию рождения элементарных частиц во всей её полноте. Яноши многое прояснил в процессе распада атомного ядра, определил мощность исходного излучения, законы распространения космических ливней. Он становится одним из ведущих учёных в области физики космических лучей. Его эксперименты создают ему репутацию виртуоза сложных физических измерений. Его называют критиком эксперимента. Когда наблюдения не поддаются однозначному толкованию, к нему идут за диагнозом. Он готовит две книги по теории и практике работы с космическими частицами, книги, которые станут настольными для всех изучающих эту область. Их особая ценность — в тесном слиянии искусного эксперимента и глубокой теории. Они демонстрируют, что в такой области исследований, как физика космических лучей, мало быть опытным, находчивым, изобретательным экспериментатором. Надо уметь подтвердить увиденное расчётом, то есть овладеть самым современным математическим аппаратом. И чтобы разобраться в законах микромира, нужно безупречно пользоваться методами теории относительности Эйнштейна.

Так слились воедино два потрясения юности — впечатление от парадоксальности теории относительности и мечта раскрыть тайну космического излучения. Слились, переплелись, стали основой научной деятельности Яноши.

К пятидесятым годам Яноши, ставший уже профессором в знаменитом Дублинском университете в Ирландии, приобрёл международный авторитет.

И тут его налаженная, устроенная жизнь резко меняется. Он уезжает в разорённую, опустошённую долгой фашистской диктатурой страну, родную Венгрию. Уезжает на пустое место. Уезжает начинать всё сызнова.

Бросить кафедру в солидном университете? Начинать всё сначала на пороге зрелости? Как может позволить себе это солидный человек, обременённый семьёй? Мало кто из коллег понимал поступок венгерского учёного. Но Яноши возвратился на родину. Он не мог не откликнуться на зов народного правительства Венгрии, призвавшего находящихся в эмиграции учёных помочь возродить национальную науку.

На родине Яноши обрёл зрелость, его индивидуальность окрепла. Он смог приступить к осуществлению главного дела жизни — к созданию своей концепции строения мира. Эта работа требовала особого мужества. Она была необычной не только из-за сложности самой проблемы, но из-за атмосферы, которая её окружала.

Яноши разбирает те же вопросы, которым посвящена теория относительности Эйнштейна. Вокруг многих великих творений человеческого духа часто возникают как бы две противоборствующие стихии. Одни стараются сохранить эти творения в неприкосновенности, в первозданном виде, другие рассматривают их как трамплин для нового скачка.

То же произошло и всё ещё происходит с теорией относительности.

Если вначале многим она казалась бредом, а наиболее непримиримые даже требовали «отменить» Эйнштейна, то после её признания произошёл крен в другую сторону: к каждому её положению стали относиться как к святыне — с благоговением, боясь что-то изменить или нарушить. И действительно, после создания теории относительности в неё не были внесены какие-либо существенные изменения. И хотя появились новые экспериментальные данные, новое отношение к некоторым проблемам, новые космологические модели, каждого, кто пытался что-то додумать по-своему или изменить в теории относительности, считали чуть ли не еретиком.

Многие и меня считают еретиком, — говорит без улыбки Яноши, — но это результат неполной информации о моих научных взглядах. Ничего еретического я не утверждаю. Просто некоторые воображают, что мир ведёт себя так, как вытекает из придуманных людьми законов. В действительности ему дела нет до наших фантазий! Верны лишь те законы, которые подтверждаются реальностью. Как это проверить? Надо контролировать теорию экспериментом. Без этого физика — сплошной идеализм. Ничего в наших трактовках окружающего мира не должно опираться на домыслы — только на опыт. Пример — теория относительности Эйнштейна. Она родилась из фактов. А потом начались кривотолки, словесный туман. Мы, его последователи, далеко не единодушны в своём понимании структуры мира…

Посмотрите первые два тома собрания сочинений Эйнштейна, изданных в Советском Союзе. К слову сказать, прерывает свою мысль Яноши, — столь полно труды Эйнштейна изданы только в вашей стране. Так вот, — продолжает он, — Эйнштейн, физик уникальной прозорливости, создал не догмы, а лишь формализмы, которые должны сочетаться с экспериментом. Но он не боялся фантазировать о вещах, ещё не обнаруженных опытом. Он и после создания Общей теории относительности не боялся говорить об эфире как о носителе всех событий в мире. Да, эфир никогда никем не был обнаружен. Да, эфир много раз отменялся, и его не называют иначе как пресловутый. Но многие учёные использовали его в своих моделях мира как строительный материал, как «известь», что ли. Даже обойдясь в теории относительности без эфира, Эйнштейн не исключал его окончательно из картины мира. Это помогало ему проводить качественный и количественный анализ событий. Конечно же, он жаждал ясности, определённости, истинного эксперимента и шёл на умозрительные предположения только из-за бессилия современного эксперимента. А его учёние возвели в догму, которую якобы нельзя развивать. Это ошибка!

Теория относительности Эйнштейна, этот удивительный продукт человеческого разума, неиссякаемый источник творчества!

— Вы думаете, она будет развиваться? — спрашиваю я.

— Не может не развиваться, — сердится Яноши. — Во-первых, потому, что не все явления, обнаруженные возросшей мощью экспериментальной науки наших дней, объясняются с её помощью, а более зрелой космологической теории всё ещё нет. Во-вторых, ни теперь, ни тем более при её возникновении не было и нет единого толкования многих её положений. Вокруг них всё ещё клубятся яростные споры. И в-третьих, в ней потенциально заложено больше возможностей, чем мог предположить и использовать сам автор…

У Яноши своя точка зрения на окружающий мир. От него можно услышать не о кажущемся, а о действительном изменении масштаба времени, об абсолютном пространстве и мировом эфире, заполняющем Вселенную… Одно в науке ещё не утвердилось, другое, казалось бы, давно из неё ушло.

Если нечто подобное выскажет на экзамене студент — двойка ему обеспечена. Но когда об этом говорил физик масштаба Яноши — в яростный спор вовлекались самые серьёзные умы современности: Тамм, Скобельцын, Блохинцев и многие-многие другие.

Яноши высказывал мысль о возможности реального существования эфира, что не противоречит математическому аппарату теории Эйнштейна, в которой тот ещё в 1924 году анализировал проблему эфира. Яноши верил, что электромагнитные явления и другие процессы, распространяющиеся в вакууме, обладают носителем, который может быть назван эфиром.

Впрочем, прочитав указанные Яноши статьи Эйнштейна о проблеме эфира, а также эйнштейновские статьи 1930 года и другие его работы, легко убедиться в том, что Эйнштейн недвусмысленно объясняет, как само пространство (пустое пространство, а не какая-то «среда») приняло на себя все функции эфира. Яноши с этим не согласен. Ему кажется, что он идёт дальше Эйнштейна. Большинство физиков считает, что он идёт назад.

Почти за тридцать лет, прошедших после опубликования статьи Яноши и замечаний Тамма, теперь накопилось множество опытных подтверждений верности предсказаний теории относительности. И не было ни одного случая, опровергающего её выводы. Вспомним открытие реликтового излучения, сохранившегося почти с эпохи Большого взрыва. Существование во Вселенной этого излучения было предсказано на основе теории относительности за пятнадцать лет до его обнаружения. Вспомним о чёрных дырах и других удивительных явлениях, понять которые без теории относительности невозможно, хотя и можно придумать различные специальные гипотезы, чтобы объяснить их без этой теории.

Не литератору решать, кто прав в этом научном споре, да и специалисту нелегко разобраться во всех его тонкостях — всё балансирует на нюансах, оттенках, акцентах. Несомненно одно — для развития науки необходимы люди неординарного склада мышления, учёные, в которых природа заронила дар особого видения. Такие всегда оставляют заметный след в истории. Если не открытиями, то ошибками. Их дерзость будоражит воображение, воспитывает в молодых умах способность анализировать, критиковать, искать…

Яноши был погружён в глубокие и всё ещё таинственные дебри науки о природе. Круг тем не новый — над ними ломало головы не одно поколение учёных: что такое время, пространство, какие субстанции ответственны за передачу сил тяготения от одного небесного тела к другому? Старые определения — «абсолютное пространство», «эфир»… Как часто после Ньютона эти понятия претерпевали изменения, их отбрасывали, снова возвращались к ним, возвращались, делая виток по спирали познания — всегда чуть выше, чуть ближе к истине. Но эти вопросы по-прежнему оставались «проклятыми» вопросами, вечными вопросами.

Ньютон сделал великое дело: нашёл количественную меру влияния одних небесных тел на другие — вывел закон тяготения.

Но как, с помощью каких процессов осуществляется передача сил тяготения на колоссальные, космические расстояния? Перед этим Ньютон отступил.

В обиход науки вошло одно из самых загадочных понятий — эфир, который якобы передаёт силы притяжения одного небесного тела к другому, особая материя с противоречивыми свойствами. Разные умы придали эфиру различные оттенки. Он по желанию учёных менял свой облик, словно глина в руках скульптора.

Бессилие перед тайной тяготения сломило могучий разум Ньютона. От кредо «гипотез я не измышляю» он ушёл в теологию, на старости лет уверовал в Бога.

Сколько усилий, сколько интеллектуальной энергии было отдано разгадке тайны тяготения! Лишь Эйнштейну удалось создать наиболее полную картину строения мира.

Но последние десятилетия жизни Эйнштейн тщетно пытался совладать с силами, властвующими над Вселенной, объединить их в единую теорию. «Тогда, — писал он, — была бы достойно завершена эпоха теоретической физики…»

Ему не удалось осуществить эту задачу. Решить этот вечный вопрос.

Не это ли породило скептицизм Яноши в отношении теории относительности? Да и не его одного. Наверно, споры вокруг некоторых положений теории относительности не стихнут никогда. Яноши прав: как и другие великие творения человеческого духа, она является неиссякаемым источником вдохновения и творчества. Каждое поколение будет познавать с её помощью новые грани окружающей нас действительности, как будет находить новые оттенки мыслей и чувств в творениях Гомера, Шекспира, Бетховена, Пушкина.

Возможности теории относительности не исчерпали ни сам Эйнштейн, ни его последователи и оппоненты. Её «читают» и будут «перечитывать» поколения физиков, изумляясь неисчерпаемости её смысла и прозорливости автора. Он определил закономерность развития мира, уловил гармонию Вселенной и выразил эту гармонию с помощью математических символов подобно тому, как композитор передаёт гармонию звуков с помощью нотных знаков. Как всякое музыкальное произведение, она таит в себе возможности интерпретации. С одной стороны, символы — и математические и музыкальные — однозначны: «до» есть «до», а «синус» есть «синус». С другой стороны, в их переплетении большой музыкант, как и большой учёный, всегда обнаружит новые оттенки, которых не замечал до него никто. И дело даже не в безграничности процесса интерпретации.

Произведения научного творчества — теории мира, модели мира — развиваются вместе с наукой. А наука не стоит на месте. Не завершено и не может быть полностью закончено развитие науки, и в том числе изучение окружающего нас физического мира. Поэтому и теория относительности — не застывшая в своей неподвижности груда формул, она не только глубокий источник, обещающий ещё множество непредвиденных следствий, вариантов интерпретаций, но и живое древо познания, на котором ещё будет немало плодов.

Беседуя с академиком Яноши, одним из самых незаурядных естествоиспытателей и философов, я ещё и ещё раз убеждалась, что теория относительности Эйнштейна обладает магической силой притяжения. И действительно, целый ряд космологических, физических работ, появившихся в последние десятилетия, подтверждает, что система, построенная Эйнштейном, является источником всё новых и новых размышлений, отправной точкой для создания новых теорий, расширяющих и дополняющих теорию относительности, раздвигающих рамки её применения.

Жизнь мчится вперёд. Возможности экспериментальной науки растут. Человек сталкивается со всё более неожиданными проявлениями жизни Вселенной, где происходят невероятные катастрофы, взрывы звёзд и целых галактик, где существуют непонятные квазары, где фантастические чёрные дыры высасывают из Вселенной массу и энергию. Все эти проблемы не только обсуждаются на симпозиумах, в научной печати, но и через прессу, телевидение, радио, захватывают рядового человека.

В какие потусторонние миры перекачивается вещество из нашего мира? Какова природа колоссально щедрых источников, которые необъяснимо мощно исторгают в просторы космоса такие количества вещества и энергии, словно взорвались миллиарды солнц? И читатель вовлечён в обсуждение нерешённых проблем, он задумывается над тем, кто возьмёт на себя дерзость ответить на эти вопросы? И он понимает, что теория отстаёт от эксперимента, требует омоложения…

Новые открытия в традиционной физике… новые наблюдения в астрофизике… необъяснимые ситуации в физике элементарных частиц… Ответят ли новые теории на вновь возникшие вопросы? Создаются ли они уже? Кто их авторы? В круг этих проблем вовлечены не только профессионалы, но и молодые и немолодые читатели научно-популярных книг и журналов. Это — одна из новых примет нашего времени. Это — дыхание ветра научно-технической революции, формирующего интеллектуальную погоду на нашей планете.

…Сегодняшняя физика набухает новыми моделями мира, свежими идеями, переоценкой старых истин. Поток докладов, статей, книг по вопросам, затронутым теорией относительности Эйнштейна, растёт и ширится. Современная научная литература по мирозданию — настоящее интеллектуальное пиршество. Но даже на нём среди удивительных и сенсационных научных «блюд» объёмистый труд под лаконично-привычным названием «Теория относительности, основанная на физической реальности» — незаурядное явление, которое привлекло внимание самых авторитетных учёных современности. Они не могли не задуматься о том, что же нового привнёс его автор, венгерский мыслитель, в науку грядущего?

— Каков ваш критерий истины? — спросила я академика Яноши.

— Чтобы найти общий язык в такой сложной области, как философия, надо спорить, доказывать, критиковать, — ответил он. — Ведь только в споре рождается истина, в столкновении мнений, в столкновении теории и эксперимента, в проверке одного другим…

Последний разговор с Яноши состоялся незадолго до его кончины. Тогда он сказал мне:

…Среднего роста, с усталым бледным лицом человека, мало бывающего на свежем воздухе, Яноши был, пожалуй, незаметен в толпе. Незаметен до тех пор, пока вы не обращали внимание на его глаза. Они смотрели за пределы близко лежащих вещей. Помню, я подумала, когда впервые познакомилась с ним: может быть, он разглядит, куда попадёт копьё греческого воина, брошенное в космос с исполинской силой? Решит проблемы, поставленные ещё древними греками и не решённые до сих пор?

Ему не суждено было сделать этого до конца. Но наука сильна своей преемственностью. Учёные умирают, а мысли, воплощённые в теории, в гипотезы, остаются их ученикам. Додумываются преемниками, единомышленниками.

Октябрь 1988 года. Я вновь в Будапеште, в лаборатории, которую основал академик Яноши. И вновь с его учеником, доктором наук Петером Варгой, мы обсуждаем проблемы, которые поставил Яноши. Перед нами, тихо шурша, работают компьютеры, они автоматически ведут запись эксперимента — его Варга проводит на основании завещанных учителем идей. Эксперимент ещё не завершён, поэтому говорить о нём рано.

А теперь вернёмся в область науки о космических лучах, в которую Яноши и Скобельцын внесли решающий вклад и которая продолжает набираться сил и информации.

Наблюдая в камере Вильсона сотни, тысячи быстрых частиц, изучая форму их следов, определяя массу, энергию, заряд и другие характеристики, учёные узнали, что большинство космических частиц — это ядра водорода, протоны, меньшинство — ядра других элементов. Учёные убедились, что космические частицы не такая уж редкость. Но прежде чем они достигнут поверхности Земли, в атмосфере происходят миллиарды столкновений между ними и атомами воздуха. При этом завязываются и разрываются невидимые связи между космическими частицами и электромагнитными полями атомов.

Ведь только нам, жителям большого мира, кажется, что воздух прозрачен и бесплотен. Для космических частиц, обитательниц микромира, воздух густ, как самый дремучий лес, полон препятствий, насыщен силами притяжения и отталкивания.

Космическая частица, попав в земную атмосферу, испытывает каскад удивительных превращений. Например, столкнувшись с ядром азота или кислорода воздуха, она может разбить его и породить новые частицы, передав им свою энергию. Те в свою очередь тоже могут разбить ряд ядер. Так, по мере приближения к поверхности Земли, постепенно увеличивается число частиц. Лавина растёт, охваченная порывом этой своеобразной цепной реакции.

Наиболее прозорливые учёные поняли, что в разгадке свойств космических частиц содержится ответ не только на космические проблемы, но и на чисто земные вопросы. И в частности, в них таится возможность подхода к тайнам строения атомного ядра. Эти учёные решили использовать космические частицы как орудие для разрушения атомных ядер.

Очень хорошо, рассуждали они, что космос позаботился доставить нам частицы колоссальных энергий. Ведь мы ещё не умеем у себя на Земле фабриковать такие снаряды. Используем же их в качестве своеобразного молотка, разбивающего атомы, или в качестве микроскопической бомбы, взрывающей ядра атомов, и посмотрим, что у них внутри!

Ведь при попадании первичной космической частицы в атмосферу рождаются массы разнообразных частиц, и среди них могут быть ещё неизвестные! Кроме того, космические частицы обладают такой колоссальной энергией, что, влетев в земную атмосферу, не только «сдирают» электроны с попавшихся по пути атомов, но и вдребезги разбивают ядра некоторых из них. Если суметь проанализировать процессы ядерных и электромагнитных взаимодействий при таких высоких энергиях, можно, наконец, пролить свет на структуру материи, её элементарных частиц!

Но чтобы «взвесить» все эти вновь рождённые частицы, определить их массу, энергию, скорость, учёным приходилось быть не менее изобретательными, чем их коллегам, которые решали задачу о взвешивании Земли и других планет.

Однако техника эксперимента совершенствовалась. В помощь камере Вильсона появились и другие приборы: автоматические установки с ионизационными камерами, в которых космические частицы вызывали электрический разряд разной величины; фотоэмульсии, в которых благодаря почернению зёрен серебра можно было выследить почти всех участников микроскопической катастрофы; счётчики Черенкова и различные комбинации этих приборов с радиотехническими схемами; конструкции Яноши.

Постепенно учёным удалось не только «увидеть» космическую частицу, не только измерить её массу, скорость и энергию. Настал день, когда учёные увидели, как, разбив встречный атом, космическая частица родила позитрон — ещё никем не виденную частицу.

Было ли это очередным открытием? Или очень интересным открытием? Или даже чрезвычайно важным открытием? Нет, это был смерч в без того бурном океане науки. С крошечным позитроном в мир привычных образов ворвался мир античастиц. Загадочный антимир.

Молодой английский физик Поль Дирак, к имени которого теперь недаром прибавляют «гениальный», весьма интересовался электроном. Он не рассматривал его в камере Вильсона, не пытался подстеречь его встречу с фотонами гамма-лучей. И не потому, что камеры Вильсона тогда не было. И не потому, что он не был знаком с работами Скобельцына. Нет, они жили и работали в одно время. Просто Дирак был «чистым» теоретиком. И все опыты с электроном он проводил в уме или на бумаге.

В то время учёные очень мало знали об отношениях между электроном и электромагнитным полем и совсем ничего не знали о его внутреннем строении. Они не могли и до сих пор не могут точно сказать, что представляет собой электрон. То ли это частица, то ли более сложный объект, обладающий определёнными размерами. Об электроне учёные разговаривали только в вопросительной форме. Например, почему электрон не разрывается из-за отталкивания отдельных частей его заряда? Ведь одноимённо заряженные тела должны отталкиваться — этот закон классической физики ещё не терпел поражения. Какие же неведомые силы не дают электрону распасться?

Непонятными для физиков оставались законы движения электрона как в атоме вещества, так и в свободном пространстве.

Ещё в течение второго десятилетия XX века всё казалось ясным. Строение атома легко воспринималось как подобие Солнечной системы: вокруг центрального ядра, как планеты вокруг Солнца, по эллиптическим орбитам движутся электроны. Но не успела начаться вторая четверть века, как от этой ясности не осталось и следа. Орбиты, придуманные Бором, оказались фикциями, и, хотя эти слова ещё применялись, физики знали, что это только жаргон, условное наименование, означающее часть окрестности ядра, в которой находится электрон.

Представим себе, что мы фотографируем быстро движущийся электрон. Даже самый быстрый затвор не даст моментальной фотографии. Если такой опыт можно было бы выполнить, на пластинке оказалось бы туманное облако, окружающее ядро. Электрон побывал в каждой точке этого облака, но в какой момент и как долго он был в данной точке, с какой скоростью он летел, определить нельзя. Электрон ускользал из самых хитроумных математических построений, и невозможно было точно определить, где и с какой скоростью он движется в данный момент, даже если он свободно летит в пустом пространстве.

Это была какая-то чертовщина. Если бы речь шла о движении обычного камня, можно было бы написать целую поэму в формулах. А электрон не уживался ни в одном уравнении. Он всё время вступал в противоречие с окружающей средой.

Дирак упорно пытался найти истинный закон поведения электрона, написать хотя бы уравнение его движения в свободном пространстве.

И такое уравнение он наконец написал, объединив при этом принципы квантовой механики с идеями теории относительности. Это было в 1928 году. Но, как ни странно, на первых порах ни он сам, ни другие учёные не обрадовались этой находке.

Уравнение Дирака повело себя как непокорный джинн, неосторожно выпущенный из бутылки. То, что прочли учёные в этом уравнении, показалось им, мягко выражаясь, недоразумением. Более крепким словом они не хотели обидеть автора. Наравне с реально существующим отрицательно заряженным электроном в нём занял равноправное место положительный электрон! «Не парадокс ли это?»— думал невольный виновник этого странного открытия. Дирак вовсе не искал эту частицу. Он даже не подозревал о её существовании.

Таких частиц в природе вообще никто не встречал. Если обычный электрон отталкивался от отрицательно заряженного тела, новый, дираковский, электрон должен им притягиваться. Если в магнитном поле «старый» электрон побежал бы в одну сторону, «новый» свернул бы в другую. Из уравнения смотрел невиданный удивительный положительный электрон.

Когда учёный создавал формулу ещё не познанного явления, у него в мыслях даже намёка не было на столь странную частицу. Неудивительно, что прошло несколько лет, а учёный всё ещё ничего не мог объяснить коллегам. Как сказал один физик: «В течение нескольких лет существовал заговор молчания относительно этих неприятных решений релятивистского уравнения Дирака». Первоначально Дирак и не думал о том, что уравнения описывают новую частицу. Слишком крепка была в то время всеобщая уверенность в том, что существуют только две элементарные частицы — электрон и протон. Ему казалось более лёгким представить себе, что весь мир полностью заполнен электронами, а «новые» частицы — это «дырки», незаполненные места в этом «электронном море». Такие «дырки» обладали бы всеми свойствами положительных электронов. Эта точка зрения господствовала несколько лет. Но Дирак и остальные физики не считали её окончательной.

Наконец Дирак решился. «Дырки» не нужны: в природе существует третья элементарная частица — положительный электрон.

Более того, учёный огорошил своих коллег предположением, что все частицы в природе существуют парами, что каждой заряженной частице соответствует своя античастица с такой же массой, но с зарядом противоположного знака. Дирак справедливо решил, что если существует пара для электрона — позитрон (так назвали антиэлектрон), то должна существовать и пара для протона. Если существуют атомы водорода, должны существовать и атомы антиводорода. То есть в природе наравне с веществом должно равноправно существовать и антивещество.

Так Дирак ввёл в науку важнейшую идею о существовании в природе новой симметрии — сопряжённости частиц и античастиц. Это явилось первым результатом объединения квантовой теории и теории относительности. Объединились уравнения квантовой теории и преобразования Лоренца. Выявилась возможность превращения кинетической энергии сталкивающихся частиц в массу покоя новых частиц и обратно. В нерелятивистской физике считалось само собой разумеющимся постоянство количества частиц. Оно казалось эквивалентом закону сохранения вещества. Первоначальная квантовая теория считала число частиц одним из квантовых чисел. В релятивистской квантовой физике число частиц перестало быть постоянной величиной, а значит, оно перестало быть квантовым числом.

Итак, как сказал знаменитый швейцарский физик Паули, «тонкое природное чутьё физика помогло Дираку начать свои рассуждения, не зная, что они приведут к теории, которая обладает точной симметрией по отношению к знаку заряда, в которой энергия всегда положительна и в которой предсказывается рождение и аннигиляция пар».

Уравнение Дирака толкало учёных на путь удивительных открытий.

И действительно, ещё свежо было впечатление от феноменального открытия Дирака, ещё памятны были годы молчания, которым деликатно обходили физики дираковское уравнение, когда американский учёный Андерсон впервые увидел след положительно заряженного электрона, рождённого в камере Вильсона при прохождении через неё космической частицы. Его путь искривлялся магнитным полем в направлении, противоположном пути обычного электрона. Все остальные признаки совпадали. Несомненно, то был позитрон, существование которого гениально предсказал Дирак.

Это произошло в 1932 году. Появление позитрона стало мировой сенсацией, гвоздём четвёртого десятилетия XX века. Двери в антимир были открыты. Физики ринулись «открывать новые земли». Они с упоением отдались поискам других частиц и античастиц.

Камера Вильсона решила, видно, сыграть роль рога изобилия. И вслед за первой сенсацией породила вторую, потом третью, четвёртую… целый каскад новых элементарных частиц и античастиц.

Охотники за космическими частицами ещё ниже склонились над своими установками. Они стали ещё пристальнеё рассматривать фотографии, испещрённые толстыми и тонкими, еле видными и отчётливыми линиями — следами промелькнувших космических частиц и осколков разбитых атомов. Физики проявляли чудеса наблюдательности, копаясь в путанице ничего и никому, кроме них, не говорящих следов. И наконец, — это было в 1936 году — Андерсон и Неддермайер разглядели ещё одну, никем из людей не виденную частицу. Она двигалась проворнее протона, но солиднее электрона. Она была легче первого, но тяжелее второго. Так её и назвали — «мезон», что значит по-гречески «промежуточный».

Судьба этой частицы очень напоминает судьбу дираковского позитрона. Мезон тоже введён в науку пером физика теоретика. Японский учёный Юкава в 1935 году при разработке теории ядра был вынужден ввести особое поле ядерных сил, квантами которых, по его расчёту, должны являться особые частицы. Их масса составляет около 200 масс электрона, то есть примерно в десять раз меньше массы протона. Для выполнения этой работы потребовалось пять лет.

В 1932 году, вскоре после экспериментального наблюдения позитрона, Дж. Чэдвик открыл нейтрон. Открытие возникло не на пустом месте. За два года до того А. Боте и Г. Беккер при бомбардировке ядер бора и бериллия альфа-частицами обнаружили излучение, обладающее очень большой проникающей способностью. Они сочли, что это известные ранеё гамма-лучи. Вскоре Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри установили, что новое излучение способно выбивать быстрые протоны из веществ, содержащих водород. Открытие совершенно неожиданное и необъяснимое. Для того чтобы это было возможным, соответствующие гамма-лучи должны были бы иметь энергию, во много раз превосходящую энергию гамма-лучей, порождаемых другими источниками.

Чэдвик повторил опыты с бериллием, а затем проделал аналогичные опыты с гелием и углеродом. Измеряя энергию отдачи ядер, бомбардируемых гипотетическими гамма частицами, Чэдвик убедился, что гипотеза о гамма-лучах как причине выбивания протонов противоречит законам сохранения энергии и импульса. Тогда он заключил, что излучение, порождаемое бомбардировкой альфа-частицами изученных им ядер, освобождает из них нейтральные частицы с массой, равной массе протона. Только тогда учёные вспомнили, что ещё в 1920 году Резерфорд высказал гипотезу о том, что подобная нейтральная частица могла бы существовать. И сам Чэдвик говорил, что он в своих исследованиях руководствовался этой гипотезой, основанной на прозорливости Резерфорда.

Чэдвик считал, что нейтрон представляет собой образование из тесно связанных протона и электрона. «Конечно, — писал он в своей статье «Существование нейтрона», — можно было бы предположить, что нейтрон является элементарной частицей. Однако нет достаточных оснований для того, чтобы принять эту точку зрения, за исключением возможности объяснения статистики таких ядер, как азот-14».

Но требования статистики почти сразу одержали верх над удобной электрон-протонной моделью нейтрона. Спин такого «нейтрона» должен быть равен нулю. При этом невозможно объяснить, каким образом ядро азота, имеющее заряд, равный семи, подчиняется статистике Бозе, справедливой для частиц, обладающих спином, равным 1/2.

Загадка спина ядра азота в то время была возведена в ранг «азотной катастрофы», ибо она могла разрушить основы новой квантовой физики. Вскоре Д. Д. Иваненко (статья поступила в редакцию 26 апреля 1932 года) и Чэдвик (статья поступила 10 мая 1932 года) устранили «азотную катастрофу», предположив, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, а не из протонов и электронов, как считалось в то время. При этом нейтрон выступал как первая нейтральная частица с массой покоя, отличной от нуля.

Значение этого открытия не меньше, чем значение открытия позитрона. В науку вошла первая из частиц, обладающая массой покоя, но лишённая электрического заряда. (Ранее элементарными считались фотон, не имеющий заряда, но не имеющий и массы покоя, электрон и протон, имеющие и то и другое.)

Поразительно, что один из создателей квантовой механики, В. Гейзенберг, менее чем через три месяца (7 июля 1932 года) рассмотрел возможность того, что протон и нейтрон являются двумя модификациями одной и той же частицы, которая, входя в состав ядер, находится в них в двух квантовых состояниях. Сейчас это предположение считается истиной. Частицу, которая при наличии заряда (положительного) выступает как протон, а при отсутствии заряда выступает как нейтрон, называют нуклоном, простейшим кирпичиком, из которых состоят ядра всех атомов. Через три года Чэдвик и Гольдхабер установили, что масса нейтрона превышает (хотя и мало, всего на 0,9 процента) массу протона. Это послужило для них достаточной основой для того, чтобы поставить вопрос о стабильности, или иначе, о радиоактивности нейтрона. Это значит, что нейтрон, находясь внутри ядра в устойчивом состоянии, должен распадаться вне ядра. Долгое время казалось, что наблюдать такой распад невозможно. Лишь после создания ядерных реакторов, из которых можно извлечь множество нейтронов, удалось зафиксировать распад нейтрона. Свободный нейтрон распадается на протон и электрон в среднем за 15 минут. Это не значит, что в нейтроне содержится тесно связанная пара протон и электрон, как это некоторое время думал Чэдвик. Нейтрон был первой частицей, исследование которой показало, что представление о том, что микрочастица «состоит из» или «разделима на», имеет лишь ограниченное применение.

Теперь мы знаем, что лишь в определённых случаях законно спрашивать, из «чего» состоит данная частица. Этот вопрос можно задавать только тогда, когда для разделения частицы на части достаточно лишь малого количества энергии, малого по сравнению с массой покоя хотя бы одной из частиц, получаемых при разрушении первоначальной частицы. Во всех остальных случаях эти вопросы теряют смысл. В этих случаях принято говорить «распад порождает». Первый пример этого показал нейтрон, который распадаясь порождает протон и электрон под воздействием очень слабых сил, обусловленных слабыми взаимодействиями.

Изучение свойств нейтрона продолжается и в наши дни, спустя более полувека после его открытия. Это связано с уникальными свойствами нейтрона. Он может считаться элементарным, но участвует во всех известных взаимодействиях — сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Он нейтрален, но имеет спин и магнитный момент. Он достаточно стабилен в свободном состоянии (живёт около 15 минут), и, наконец, чисто экономический фактор: затраты, требуемые для получения одного свободного нейтрона, меньше, чем для любых других частиц, за исключением электронов и протонов.

Но возвратимся к мезону и работе Юкавы. После того как, устранив «азотную катастрофу», Иваненко, Чэдвик и Гейзенберг изгнали электроны из ядер атомов и заменили их нейтронами, сразу возник вопрос: как же положительный заряд протонов не разрушает ядра? Ведь положительные заряды взаимно отталкиваются. Что же удерживает протоны и нейтроны внутри ядер?

И Юкава ответил на этот вопрос просто и гениально. Он сказал… Впрочем, представьте себе такую картину: вдоль дороги идут двое. Не останавливаясь, они всё время перебрасывают друг другу мяч. Из-за этого они не могут отойти друг от друга дальше некоторого определённого расстояния. Если издали смотреть на этих людей, то мяча не видно и можно подумать, что эти двое просто дружески беседуют, по-приятельски идут рядом и что их удерживают друг около друга некие силы притяжения.

— Подобные силы притяжения испытывают протоны и нейтроны в атомном ядре, — сказал Юкава. — Они могут без отдыха биллионы веков «играть в мяч», перебрасываясь мезонами, пока какой-нибудь снаряд вроде космической частицы не нарушит это приятное занятие, Тогда, выронив «мяч», протон и нейтрон вылетят из ядра. При этом можно обнаружить и мезоны.

Эту драматическую ситуацию учёным удалось подстроить и подстеречь в своих приборах. Они стали свидетелями представления, разыгравшегося за кулисами микромира, и смогли увидеть её актёров без масок.

Так они познакомились с мезоном.

Объективность беспощадна: мезоны Андерсона и Неддермайера, масса которых равна 207 электронным массам, оказались вовсе не мезонами Юкавы. Это были другие частицы. Было установлено, что они слабо взаимодействуют с протонами и нейтронами и поэтому не участвуют в образовании ядра, а по поведению скорее напоминают электроны. Но в отличие от электронов эти мезоны (теперь их называют мюонами) неустойчивы. Через миллионную долю секунды после своего рождения они распадаются на электрон и два нейтрино, уносящие с собой энергию, соответствующую примерно 200 массам электрона. Открытие мюона не повлекло изменения основных физических законов, подобных тем, что явились следствием открытия позитрона, вызвавшего на свет антивещество. Но теперь стало ясно, что частицы сгруппированы в два семейства: лёгкие (электрон и мюон), их назвали лептонами, и тяжёлые (протон и нейтрон), их назвали адронами. Вопрос о взаимоотношении этих семейств — лептонов и адронов — волновал физиков всё последующее время. Он всё ещё окончательно не решён.

Здесь уместно напомнить о том, что наука тесно связана не только с экономикой, но и с политикой, и иногда такая связь проявляется очень явственно.

Известно, что теория относительности подвергалась в гитлеровской Германии гонениям как неарийская и даже коммунистическая теория. Её автор был первым из живых учёных, занесённых в список врагов нацистского государства, и остался жив только потому, что приход нацистов к власти застало его за пределами Германии.

Вот что очень мягко пишет об этом Гейзенберг, один из немногих крупных физиков, не покинувших в эти годы Германию. «Здесь, в Германии, перед самой войной (с первых дней захвата власти Гитлером. — И. Р.) правительство не одобряло (преследовало. — И. Р.) теорию относительности, в особенности релятивистское замедление времени в движущихся телах, о котором было сказано, что это абсурдная, чисто теоретическая спекуляция. Дело дошло даже до судебных разбирательств по поводу допустимости преподавания теории относительности в университетах (оно было запрещено. — И. Р.). При одном из таких разбирательств я имел возможность высказаться о том, что время распада мюона должно зависеть от его скорости: мюоны, которые движутся почти со скоростью света, должны распадаться медленнее тех мюонов, которые движутся с меньшими скоростями — согласно предсказанию теории относительности. Экспериментальные результаты подтвердили такое предсказание: замедление времени могло наблюдаться на опыте непосредственно, и этот факт открыл двери для теории относительности в Германии. Поэтому я всегда чувствую признательность мюонам».

Увы, в конце этого отрывка Гейзенберг грешит против истины. Лишь крупные физики, причём тайно, применяли теорию относительности в своей работе. Такие реакционеры, как физик Ленард, стремились объяснить факт замедления времени, не обращаясь к теории относительности, старались свести замедление времени к чисто вычислительной математической процедуре. И в таком виде зависимость времени жизни мюонов от их скорости преподавалась немецким студентам.

А что же мезон Юкавы? Ошибка, заблуждение учёного? Или, как позитрон Дирака, он явился слишком рано, опередив возможности эксперимента? Да, мезон, найденный Юкавой на бумаге, был открыт в действительности лишь через 10 лет английским учёным Пауэлом, который применил новую экспериментальную методику.

Новым окном в природу был толстый слой фотографической эмульсии, внутри которой после проявления возникали следы пролетевших сквозь неё космических частиц и тех частиц, которые они выбивали из ядер атомов, входящих в фотоэмульсию. Частицы, открытые таким образом в 1947 году, имели массу, близкую к вычисленной Юкавой.

Оказалось, что этот мезон, его назвали пи-мезоном, существует в трёх разновидностях: два из них — заряженные (положительный и отрицательный), они в 273 раза тяжелее электрона, и третий — нейтральный, масса его составляет 264 электронных масс. Они действительно участвуют в образовании связей между ядерными частицами — протонами и нейтронами.

Теперь эти частицы называют пионами. Они ещё более неустойчивы, чем мюоны. Заряженные мюоны живут лишь одну стомиллионную долю секунды, распадаясь на электрон и нейтрино. Нейтральный пион живёт ещё в 100 миллионов раз меньше. Именно поэтому пион — ядерный мезон Юкавы — был открыт позже мюона, на некоторое время сбившего учёных на ошибочный путь. Как оказалось позднее, пион, вместе с протоном и нейтроном, принадлежит к семейству адронов. Он самый лёгкий представитель этого семейства.

Но, как говорят, лиха беда — начало. За первым мезоном, действительно как из рога изобилия, посыпались другие элементарные частицы. Стала популярной шутка академика Вавилова: «Каждый сезон приносит новый мезон». И это верно отражало положение дел.

Так учёные при помощи космических лучей нашли новый путь изучения строения атомного ядра.

Прежде чем идти дальше, нужно ещё раз возвратиться в 1932 год, когда Гейзенберг предположил, что протон и нейтрон выступают в ядре как два состояния одной частицы, различающиеся только значением квантового числа, которое он назвал изоспином.

Эксперименты с космическими частицами, в которых наблюдалось рождение пионов, показали, что изоспин представляет неведомый ранее закон симметрии, никогда не нарушаемый ядерными силами, открытыми Юкавой. Теперь такие взаимодействия называют ядерными взаимодействиями. Так оказалось, что ядерные взаимодействия не выявляют никакого различия между нейтроном и протоном. Рождение протона при распаде нейтрона, свободно летящего в пространстве, сопровождающееся рождением электрона и антинейтрино, происходит в результате слабых взаимодействий. Именно слабые взаимодействия приводят к отклонению от симметрии изоспина, давая толчок процессу, который ведёт к «самопроизвольному» распаду свободного нейтрона, к одновременному рождению трёх частиц: двух заряженных (положительной тяжёлой частицы — протона, отрицательной лёгкой частицы — электрона) и нейтрального антинейтрино.

Только недавно, после того как выяснилось родство слабых взаимодействий с электромагнитными взаимодействиями, стало понятно, почему слабые взаимодействия ведут к рождению заряженных частиц. Внутри адронов слабые взаимодействия сильнее электромагнитных. Если расстояние между взаимодействующими частицами превосходит радиус адрона, электромагнитные взаимодействия становятся сильнеё слабых.

Вскоре после открытия пиона в космических лучах были открыты другие частицы. Они были массивнее пиона и вели себя весьма странно. По измерению их следов в камере Вильсона и в фотоэмульсиях оказывалось, что они живут 10–10 секунды (десятую долю от миллиардной части секунды), то есть много дольше, чем живут нейтральные пионы. Физики, говоря об этих частицах, называли их странными. Со временем это название утвердилось, так в науке появились странные частицы.

Объяснить длительное, по сравнению с пионами, существование странных частиц на основе ранее установленных законов симметрии и соответствующих квантовых чисел не удалось. Лишь в 1952 году Прайс решился ввести для этого странного свойства новое квантовое число. Он придумал для него соответствующее название «странность». Квантовое число — странность — характеризовало новое свойство микрочастиц, новый тип симметрии в микромире.

В космических лучах постепенно открывали новые частицы. Многие из них оказались принадлежащими к семейству странных частиц.

Перед учёными развернулись новые, трудные, увлекательные и спорные страницы жизни микромира. То, что касалось их поведения в атмосфере, было уже наполовину открытой книгой. И учёные читали её успешно. Было ясно, что космические частицы обладают огромной энергией: их удары по атомам воздуха своей силой могут в масштабах микромира сравниться с атомной бомбардировкой. От одной космической частицы иногда возникают целые ливни частиц, которые в свою очередь обладают большими разрушительными свойствами.

Но о себе космические частицы рассказывали очень неохотно. Физики никак не могли получить сведения о самых первичных частицах, тех, которые вызывают цепную реакцию в ливнях.

Казалось, что может быть проще: оценив общую энергию частиц ливня — учёные уже умели это делать (мы знаем о результативных работах Яноши), — судить об энергии первичной частицы, породившей такой фейерверк. Но… тут на пути исследователей стала неожиданная трудность. Ведь на уровне моря число вторичных частиц достигает миллионов, и ловить их пришлось бы на площади в несколько километров. Ясно, что этот путь ведёт в тупик. Строить счётчики такого размера технически нецелесообразно. Даже на вершинах гор, где «цепная реакция» ливня ещё не развилась в полной мере, число частиц, входящих в один ливень, составляет сотни тысяч.

Как же с ними справиться? Какими приборами их уловить? Может быть, поймать самое первое столкновение?

Но для того чтобы поймать самое первое столкновение на пороге земной атмосферы, исследователи должны были бы поднять свои приборы на аэростатах или ракетах как можно выше, и при этом они столкнулись бы с новой трудностью. Оказывается, количество первичных космических частиц очень невелико. Поэтому на больших высотах, где ливень развился ещё недостаточно, поймать космическую частицу почти невозможно. Здесь, работая с установками малых размеров, пришлось бы ждать частицу… сто лет. Или нужны были бы установки размерами в километры, чтобы за короткое время уловить хотя бы одну первичную частицу.

Значит, надо было создавать более сложную аппаратуру, поднимать её как можно выше и оставлять на высоте как можно дольше.

Интересно, что сама мысль о том, что космические частицы надо изучать в верхних слоях атмосферы и ещё выше, что частицы, падающие на Землю, лишь потомки настоящих первичных космических лучей, возникла гораздо раньше, чем её можно было доказать. Техника воздухоплавания долго тормозила развитие физики космических лучей.

Ещё совсем недавно, даже в тридцатых годах, высота набиралась очень медленно. Пионер исследования космических лучей в стратосфере, бельгийский профессор Пикар, поднялся всего на 16,5 километра. Советский стратостат «CCCР-1» обогнал его на 2,5 километра. С трудом был поднят потолок полётов до 20 километров. Страны и учёные соревновались в преодолении высоты, в увеличении веса аппаратуры, времени пребывания на высоте.

Но преодоление высоты ещё не обеспечивало разрешения задач, поставленных перед собой учёными. По-прежнему состав первичного излучения оставался неизвестным. Исследования оказывались слишком кратковременными. Аппаратура была недостаточно совершенна, так как на высоту нельзя было поднять большой груз. Никому из побывавших в стратосфере не удалось «поймать» первичную космическую частицу. Не помогли и шары-зонды, поднимавшие приборы без человека. Часто аппаратура вместе с шарами-зондами пропадала бесследно, оставив в тайне результаты, зафиксированные в полёте. Новое начало в исследовании космических частиц положил советский учёный, будущий академик Сергей Николаевич Вернов, который разработал дистанционную связь с приборами, помещёнными на шарах-зондах, и научился поднимать в стратосферу сложную аппаратуру весом до 12 килограммов. Для середины тридцатых годов это была огромная победа.

Сведения, переданные автоматами Вернова из стратосферы, содержали известие в том, что почти все первичные космические частицы — это ядра атомов водорода (протоны) и лишь немногие из них — ядра других элементов.

Но каких? Отражает ли состав космических лучей химическое строение каких-то особых небесных тел — родителей космических частиц, или содержание в них ядер различных элементов характерно для строения всей Вселенной?

Ещё в 1948 году, когда удалось поднять на высоту до 27 километров, а затем и до 30–33 километров стопку фотопластинок и изучить следы частиц, проникших в эмульсию, было установлено, что в составе космических частиц, кроме протонов — ядер атомов водорода, имеются многозарядные частицы. Они фактически представляли собой не что иное, как атомные ядра различных химических элементов. Какие же это элементы и каково их соотношение в космических лучах?

Проблема химического состава космических лучей ещё долго оставалась недоступной.

Всё, о чём мы говорили ранее, можно отнести к романтическому периоду исследования космических лучей. Работа с камерами Вильсона и огромными «телескопами», образованными множеством счётчиков заряженных частиц, влекла физиков высоко в горы, где они могли заниматься альпинизмом и лыжным спортом в перерывах, когда установленные приборы «набирали» статистику. Работа с шарами-зондами тоже требовала путешествий к экватору или в полярные зоны для исследований «широтного эффекта» изменения свойств космических лучей под влиянием магнитного поля Земли.

Но наступление космической эры изменило ситуацию. В 1957 году в истории космических частиц начинаются героические страницы. Искусственные спутники Земли и геофизические ракеты позволили проводить эксперименты и на высоте в тысячу километров, и на расстоянии, превышающем миллионы километров от Земли. Теперь длительность опыта могла достигать многих месяцев. Какой огромный материал можно было собрать!

В космос были посланы черенковские счётчики, которым надлежало пролить свет на химическую структуру космических лучей.

В обработке материала, который собрали приборы в космосе, участвовала одна из молодых учениц академика Скобельцына, Лидия Васильевна Курносова.

Лидия Васильевна ещё до того посвятила себя созданию приборов, изучающих космические лучи прямо в космосе. Это было в 1954 году, в «докосмическую эру», когда многие и не помышляли о том, что люди так скоро преодолеют земное тяготение.

Приблизительно в это время мне посчастливилось познакомиться с Лидией Васильевной. Встретила я её в одном из крупнейших научно-исследовательских институтов нашей страны — Физическом институте Академии наук СССР имени П. Н. Лебедева.

Мне запомнилась небольшая комната, очень похожая на мастерскую, где чинят радиоприёмники и телевизоры. На столах и даже на полу стояли всевозможные, наполовину разобранные или не до конца смонтированные приборы.

За одним из столов примостилась темноволосая женщина. У неё такое выражение лица, словно она разгадывала кроссворд. Ещё одна-две буквы, последнее недостающее звено, — и слово наконец будет найдено!

Лидия Васильевна и вправду решала кроссворд, один из тех, которые загадывает человеку природа.

Мы познакомились. Лидия Васильевна протянула мне листок бумаги. Случайно он сохранился у меня. Чуть помятый, но ещё не успевший пожелтеть от времени, он сейчас перед моими глазами. На листе нарисован кружок. Наш земной шар. А вокруг — точки, точки, точки. Словно снег, который пошёл сразу и на севере, и на юге, и даже в тропиках. Рядом — снова шар и ещё кружок, побольше.

— Это — Солнце, — с улыбкой сказала тогда Лидия Васильевна. — С одной стороны оно вспучилось, и к Земле потянулось несколько зловещих щупалец.

Весь листок сверху донизу исписан формулами, уравнениями, цифрами.

Предупреждая мой вопрос, Лидия Васильевна сказала:

— У каждого учёного есть своя заветная мечта. У меня — создать такие приборы, которые работали бы в совершенно необычных условиях. Не на Земле, а в космосе. Приборы, которые могли бы увидеть и рассказать о том, что пока нам, людям, недоступно. Ну хотя бы о том, почему «плюётся» Солнце… Слышали об этом? Загадочное и до сих пор до конца не понятое явление.

— Иногда над Землёй вдруг проносятся удивительные магнитные шквалы, — рассказывала Лидия Васильевна. — Они охватывают весь земной шар, нарушают радиосвязь, сбивают с курса корабли и самолёты. Причина их возникновения долго ускользала от внимания учёных. Но вот, наблюдая Солнце в специальный прибор, астрономы заметили странное явление, которое, как оказалось, было тесно связано с загадочными магнитными бурями. Приблизительно за восемь минут до возникновения бури Солнце вспучивается и со страшной силой «выплёвывает» сгусток частиц. Это их я изобразила на рисунке в виде щупалец, протянутых от Солнца к Земле. С колоссальной скоростью эти частицы несутся к нашей планете, вызывая магнитные бури, сполохи северных сияний, наполняя наши радиоприёмники свистами и шорохами, заставляя ошибаться навигационные приборы.

Какие они, эти частицы? Определить это, оставаясь на Земле, невозможно. Частицы застревают в паутине магнитных полей нашей планеты и до Земли не долетают. Тут нас могут выручить только приборы, вынесенные за пределы земной атмосферы. Они же помогут совершить и глубокую разведку космоса.

— Создать такие приборы — не лёгкая задача, — продолжала Лидия Васильевна. — Но путь уже известен. Сергей Николаевич Вернов и его сотрудники успешно преодолели основные трудности. Они разработали принцип устройства лёгких автоматических приборов и систему, передающую их показания на Землю.

Да, это единственный правильный путь, — задумчиво добавила она. — Лёгкие надёжные автоматы и надёжная телеметрия. Приборы должны проложить путь человеку.

Такой она запомнилась мне — вдохновенный учёный, размышляющий над глобальными проблемами Вселенной; труженик, неутомимо копающийся в сплетениях проводов, радиоламп, миниатюрных разноцветных деталей, наполняющих таинственные приборы.

Я ушла, подавленная тем, что в области физики космических частиц даже перед учёными ещё так много неясного. Тогда я ничего не написала об этой встрече.

Прошло несколько лет. Человечество вступило в космическую эру. Сперва в космос были посланы приборы, потом животные. И наконец, советский человек первым вышел в космические просторы.

Мы снова встретились с Лидией Васильевной.

И для неё эти годы не прошли незаметно.

На счету у Лидии Васильевны большая общественная работа (одно время в качестве секретаря партийной организации института), многие экспедиции на Памир. Запуск в стратосферу шаров-зондов и шаров-автоматов для изучения состава космических лучей подготовили Лидию Васильевну к ответственному и зрелому этапу жизни. Она стала одним из организаторов и участников изучения космоса при помощи искусственных спутников Земли.

Дни и ночи проходили в напряжённых, бесчисленных проверках идей, схем, расчётов. Малейшая небрежность, допущенная в сложнейшем приборе, собранном с точностью часового механизма, может привести к неточным результатам опыта. Вместе с этим погибнут тысячи часов напряжённого труда рабочих, инженеров, учёных, бессмысленно уйдут колоссальные средства.

Лидия Васильевна бурно переживала каждую неудачу.

Вплоть до седых волос, говорит она. Но внимание и поддержка всей страны, удовлетворение полученными результатами сделали её жизнь такой насыщенной и радостной, что она не поменяла бы её ни на какую другую.

— Теперь приборы, о которых мы говорили в прошлый раз, созданы, — с гордостью сообщила она.

Побывав в космосе, они внесли в науку чрезвычайно ценные сведения, о которых знает сегодня весь мир. Уже существенно уточнён состав космических частиц. Так, учёные убедились в том, что они представляют собой в основном ядра атомов водорода. Как мы теперь знаем, в космических лучах их оказалось абсолютное большинство — девяносто процентов. Девять процентов — это ядра атомов гелия. Оставшийся процент составляют ядра атомов более тяжёлых элементов — углерода, кислорода, азота, железа.

Так, благодаря приборам, летающим на советских космических ракетах и спутниках, физики убедились, что в составе космических лучей встречаются ядра атомов тех же элементов, которые имеются и на Земле, и на Солнце, и в звёздах.

Теперь мы представляем себе, из чего состоят далёкие миры, чем «плюётся» Солнце и звёзды, каковы законы движения космических странниц, таких невинных на первый взгляд, но чрезвычайно коварных. И, зная, как распределены в космосе эти невидимые, но опасные частицы, конструкторы звёздных кораблей так рассчитывают траектории полета ракет, чтобы избавить космонавтов от вредного облучения.

Исследования космических лучей с помощью приборов, установленных на советских искусственных спутниках и ракетах, стали популярны во всём мире. Популярным стало и имя Лидии Васильевны Курносовой.

…Мадрид. Лидию Васильевну Курносову, советского делегата, приветствует Всемирный конгресс астронавтов. Тут ей вручают «паспорт-билет» на Луну — эту игрушку для взрослых, которую придумали учредители съезда, предвосхищая события.

…Париж. Французы организуют конференцию в память своей соотечественницы Ирэн Кюри, заглянувшей в глубь материи. Они бурно рукоплещут делегату России Курносовой, отдавая дань уважения советской женщине — физику.

…Брюссель. Люди, съехавшиеся на Всемирную выставку, с напряжённым вниманием слушают объяснения Лидии Васильевны об устройстве советских искусственных спутников Земли.

Каждый новый спутник, каждая новая космическая ракета наряду с другими сведениями сообщают и новые данные о космических частицах. Учёные успешно создают карту мира космических частиц.

И теперь, когда передаются новые сообщения о достижениях учёных в исследовании космических частиц, я всегда вспоминаю Лидию Васильевну Курносову, её прелестное лицо, седые пряди в чёрных волосах. Я уверена — впереди у неё важные планы, идеи, ведь в области изучения космоса самое интересное только начинается.

…Изучая космические лучи, физики не раз задавали себе вопрос: сколько времени прошло с тех пор, как космические частицы отправились в своё путешествие?

На первый взгляд этот вопрос кажется праздным. Посудите сами, как может ответить на него человек, оставаясь на Земле или даже побывав в ближайших окрестностях Земли? И тем не менее этот вопрос возникает снова и снова.

Дело в том, что ответ должен прояснить совершенно неожиданную проблему. Он бросил бы свет на возраст Вселенной! Ведь в зависимости от того, как долго космические частицы блуждают в мировом пространстве, меняется и их состав. Частицы сталкиваются между собой: более тяжёлые ядра преобразуются в более лёгкие. А так как состав космических лучей отражает обычное соотношение различных веществ в природе, то по изменению состава космических лучей, дошедших до Земли, по обилию в них лёгких элементов учёные могли бы судить и о времени блуждания частиц в мировом пространстве. А следовательно, могли бы попытаться ответить на древний вопрос о возрасте Вселенной. Астрономические наблюдения на вопрос о возрасте звёзд и галактик дают ещё очень неопределённый ответ, порядка от десяти до двадцати миллиардов лет. Это, конечно, слишком приблизительно. Будем ждать более точного ответа.

Исследования, проведённые на искусственных спутниках и космических ракетах, помогли узнать и географию мира космических частиц, помогли установить, где и в каком количестве находятся эти частицы вокруг Земли.

С. Н. Вернов, член-корреспондент РАН А. Е. Чудаков и американский учёный ван Аллен сделали открытие, которое во многом изменило прежние взгляды на закономерности изменения состава космических лучей с высотой. Прежде всего выяснилось, что магнитное поле Земли образовало вокруг нашей планеты гигантскую двухъярусную ловушку для космических частиц, которая спутала все карты исследователей. Оказалось, что большое количество электронов и протонов колеблется внутри этих ловушек вдоль силовых линий земного магнитного поля, не имея возможности ни достичь поверхности Земли, ни удалиться в межзвёздное пространство.

Как же они попали в эту ловушку? Ведь в отличие от мышеловки эта ловушка не только не выпускает своих пленников, но и не даёт им возможности проникнуть внутрь. Учёные дали неожиданное решение этой загадки: частицы, обнаруженные приборами, установленными на спутниках и ракетах, не могли войти внутрь нижнего пояса ловушки и не входили в неё — они родились в её пределах! Под действием первичных космических лучей атмосфера Земли становится источником нейтронов, а им магнитное поле не помеха. Не имея электрического заряда, нейтроны свободно проникают внутрь магнитной ловушки. Часть из них распадается внутри этой ловушки, причём из нейтронов возникают протоны и электроны, которые почти не имеют шансов вырваться наружу.

Во внутреннем поясе преобладают протоны. Во внешнем поясе ловушки находятся главным образом электроны. Предполагается, что они проникают в неё во время периодов повышенной активности Солнца, когда магнитное поле Земли изменяется под влиянием потоков заряженных частиц, летящих от Солнца. При этом вход в ловушку как бы приоткрывается, и частицы могут проникать сквозь ослабевший заслон магнитных сил. После уменьшения активности Солнца магнитное поле Земли возвращается к обычному состоянию, и частицы, проникшие в ловушку, оказываются запертыми в ней.

Затем советскому учёному профессору К. И. Грингаузу удалось обнаружить и третий пояс радиации, ещё более удалённый от Земли. Космическая техника всё более расширяет возможности физиков. Их приборы стоят на спутниках типа «Протон», на близнецах типа «Электрон». Для исследования космического пространства потрудилось более сотни спутников серии «Космос». В просторы Солнечной системы ушли станции типа «Зонд».

Космические лаборатории «Венера» и «Марс» и летавшая по окололунной орбите «Луна-10» значительно расширили наши знания о космических частицах и их распределении в пространстве.

Теперь учёные располагают исчерпывающими данными и о распределении, и о мощности этих поясов космических частиц, окружающих Землю. Оказалось, что наибольшая интенсивность внешнего поля проявляется на высоте в 20 тысяч километров от поверхности Земли. Причём мощность слоёв достигает наибольшей величины в области земного экватора и оказывается наименьшей в полярных областях. Ракета или спутник, которые пересекают внутренний пояс радиации, подвергаются бомбардировке частицами, создающими внутри космического корабля опасное для жизни излучение. Теперь конструкторы обитаемых космических аппаратов знают, что им надо позаботиться о защите космонавтов от этого излучения и выбрать траекторию так, чтобы она проходила по наименее опасному пути.

…Учёные продолжают рисовать карту мира космических лучей. Каждый новый запуск искусственного спутника Земли, ещё более тяжёлого, несущего на своем борту ещё более совершенную аппаратуру, каждая бороздящая просторы космоса ракета вписывают новую страницу в историю космических частиц.

Рождение гамма-астрономии, то есть наблюдение гамма-лучей приборами, расположенными на искусственных спутниках Земли и межпланетных аппаратах, позволило определить долю протонов и ядер в космических лучах. При этом используют известный механизм, который ведёт к рождению нейтральных пионов при столкновениях быстрых протонов и ядер между собой и с медленными протонами и ядрами, блуждающими в космическом пространстве. Известно, что пионы распадаются и при этом рождаются гамма-лучи. Если их интенсивность измерена, то остальное — дело математики.

Минувшее десятилетие породило ещё одно направление в физике космических лучей — нейтринную астрономию. Нейтрино, рождённое интуицией Паули как частица, необходимая для спасения законов сохранения энергии импульса при бета-распаде, так редко взаимодействует с веществом, что может беспрепятственно проходить через толщу Земли и выходить из недр Солнца — никакие взаимодействия с другими частицами не задержат её на этом пути.

В 1946 году итальянец, действительный член Академии наук СССР Б. М. Понтекорво, принимал участие в создании ядерного реактора в Канаде и искал способ экспериментально подтвердить теорию, предсказывающую выделение нейтрино при ядерных реакциях.

Он решил использовать реакцию нейтрино с ядром изотопа хлор-37, которое превращается в ядро изотопа аргон-37. Это ядро распадается, выделяя фотон рентгеновских лучей и электрон. Экспериментируя с ядрами аргона-37, Понтекорво, как он пишет, случайно установил неизвестную ранее возможность обнаруживать рождение электронов с чувствительностью, в миллион раз превышающую чувствительность известных тогда методов. Хлор-аргонный метод не только позволил изучать нейтрино, порождаемые в ядерных реакторах, и определить, что там рождаются не сами нейтрино, а их античастицы — антинейтрино, но и привёл к рождению нейтринной астрономии.

Нейтринной астрономией называют исследование нейтрино, приходящих к Земле в составе космических лучей.

Первый эксперимент с космическими нейтрино чуть не подорвал доверие к общепризнанной теории происхождения энергии Солнца и большинства звёзд.

Гипотеза о том, что солнечная энергия образуется в результате термоядерных реакций, была выдвинута в 1920 году А. Эддингтоном. В конце тридцатых годов Г. Бете детально проанализировал ход соответствующей реакции, в которой в результате ряда промежуточных шагов осуществляется объединение четырёх протонов в ядра гелия. При этом два положительных заряда выделяются в виде двух позитронов, что сопровождается выделением двух антинейтрино и большой (в масштабах ядерной реакции) порции энергии. Часть её превращается в кинетическую энергию и таким образом нагревает Солнце, остальная часть выделяется в виде фотонов, которые, теряя по пути часть своей энергии, доходят до поверхности Солнца и выявляются в форме солнечного света. Не вдаваясь в подробности, нужно сказать, что цепная реакция, рассмотренная Бете, состоит из ряда звеньев, в которых участвуют ядра углерода, азота и кислорода.

Здесь не место для подробного описания деталей этой реакции. Достаточно сказать, что измерения температуры и яркости поверхности Солнца показывают, что поток испускаемых им антинейтрино должен быть огромным. Но из-за большого расстояния плотность этого потока на поверхности Земли должна была быть несравненно ниже; «только» по сто миллиардов нейтрино на каждый квадратный сантиметр земной поверхности за каждую секунду.

Рождение нейтринной астрономии началось в 1964 году, когда В. Дэвис и Дж. Бакал предложили создать огромную ловушку для поиска солнечных антинейтрино, основанную на хлор-аргонной реакции Понтекорво. Расчёты показали, что объём ловушки должен быть равен по крайней мере 378 500 литрам. (Дэвис исходил из круглой цифры

— 100 000 американских галлонов.) Потребовалось около четырёх лет для того, чтобы изготовить и собрать такую ловушку в скальной пещере на глубине более 1,5 километра и заполнить её четырёххлористым углеродом.

Первые результаты, опубликованные группой Дэвиса, удивили астрофизиков. Уровень обнаруженного потока нейтрино был (по крайней мере в 12 раз) ниже предсказанного общепризнанной теорией. Уверенность в точности и надёжности хлор-аргонного метода породила сомнение в том, что предложенная Бете схема ядерных реакций с участием ядер углерода, азота и кислорода, приводящих к превращению протонов в ядра гелия, правильно описывает процессы, ответственные за выделение энергии в глубинах Солнца. Следует иметь в виду, что нейтрино, порождаемые при вспышках сверхновых звёзд, могут лишь увеличить «сигнал» в ловушке Дэвиса, то есть лишь усилить сомнение учёных.

Оказавшись перед фактом значительного расхождения результатов эксперимента с общепризнанной теорией, учёные вспомнили, что в конце тридцатых годов Бете рассмотрел второй возможный вариант цепной термоядерной реакции, могущей быть источником энергии Солнца. В этом варианте цепочка реакций должна начинаться с объединения двух протонов в ядро дейтерия. Далее реакция может идти тремя путями с участием лёгкого изотопа гелия-3 или с участием изотопов лития, бериллия и бора. Наиболее вероятный вариант этой реакции должен был дать вдвое больше нейтрино, чем обнаружила ловушка Дэвиса. Десятилетние исследования группы Дэвиса не изменили, а лишь увеличили достоверность данных эксперимента.

Было предложено несколько объяснений расхождения между теорией и опытом.

Наиболее радикальная гипотеза была высказана Понтекорво в 1957–1958 годах, задолго до опытов Дэвиса. Суть этой гипотезы состояла в признании того, что нейтрино могут существовать в двух состояниях, при этом они постоянно переходят из одного состояния в другое и обратно. Такие осцилляции (колебания) возможны только в том случае, если масса покоя нейтрино отлична от нуля.

Понтекорво возвратился к этой гипотезе в середине шестидесятых годов, когда уже было известно о том, что, кроме электронных нейтрино, рождающихся вместе с электроном или позитроном, существуют другие нейтрино, рождающиеся при реакциях рождения мюонов. Учёные уже знали, что эти два типа нейтрино различны, и называли их «электронными нейтрино» и «мюонными нейтрино». В 1967 году Понтекорво, развивая свою гипотезу, предположил, что возможны превращения электронных нейтрино в мюонные и обратно. Он уверенно говорил о важности экспериментальной проверки существования осцилляции нейтрино в опытах с электронными нейтрино, рождающимися в атомных реакторах и в будущих опытах с солнечными нейтрино. Понтекорво предсказал, что осцилляция нейтрино может привести к уменьшению вдвое количества нейтрино, фиксируемых будущими опытами Дэвиса.

В следующем году гипотезой Понтекорво заинтересовался В. М. Грибов, член-корреспондент Академии наук СССР. Они вместе разработали количественную теорию взаимных превращений двух типов нейтрино. Теперь, когда количество известных типов нейтрино увеличилось до трёх, ожидаемый результат опытов Дэвиса следует уменьшить в шесть раз. Поэтому «загадка солнечных нейтрино» ещё не потеряла свою остроту. Её разрешение требует проведения новых исследований в области нейтринной астрономии. Для этой цели в Баксанском ущелье на Кавказе создана специальная нейтринная лаборатория, расположенная в туннеле, пробитом глубоко в скальные породы.

Понтекорво обращает внимание на то, что теория осцилляции нейтрино тесно связана с решением вопроса о массе нейтрино. Большинство современных физиков считает, что масса покоя нейтрино мала, но отлична от нуля. В этом случае осцилляции нейтрино являются реальными и могут быть обнаружены не только в космических лучах (солнечные нейтрино), но и в лабораториях, обладающих атомными реакторами. Исследование осцилляции солнечных нейтрино может внести существенный вклад в две важные проблемы: проблему массы нейтрино и в уточнение наших знаний о процессах, приводящих к выделению энергии в недрах Солнца.

Таким образом, несмотря на введение в строй всё более мощных ускорителей, значение исследований космических лучей не только не уменьшилось, но благодаря применению космической техники возросло.