проблема существования элементарных частиц, промежуточных по массе между мю-мезонами Андерсона и протонами. Не это ли и есть «истина, лежащая посредине»? Таких заслуг история изучения микромира не вправе забывать.
…А как же частицы-пятисотки, те, что подняли в свое время средний холм на спектральной кривой?
Это как раз те редчайшие гостьи, за съемкой которых застали мы лаборантов, тоскующих по вечерним огням Еревана. Пока неясно, что скажет об этих предполагаемых мезонах будущее. Алиханян уже мало верит в их реальность.
Арагацкая легенда не кончена, как не кончена интереснейшая история открытия «первооснов материи». Эта легенда — длящийся эпизод в ее романтической мезонной главе[6]. Вот о чем напоминает неоновое слово над Кара-гелем, выведенное в честь надежд и упорства.
Любопытствующий турист (в нем олицетворен любой из нас) крепко пожмет руку старожилу и скажет, наверное, с особым чувством:
Желаю удачи в новых исканиях!
Я чувствую, что должен попросить у читателя прощения за пестроту и недостаточную цельность оканчивающейся здесь первой части этой книги. Конечно, всегда легко оправдаться ссылкой на неизбежную пестроту любых «Путевых заметок». Но причина видимой нецельности этой первой половины повествования лежит глубже.
Казалась бы, надо было строго отделить рассказ о физических идеях теории относительности от всего остального — от экскурсии на Арагац, как в природный заповедник элементарных частиц, и от экскурсии — в Дубну, как на завод искусственно изготовляемых «первооснов материи», от воспоминаний об алхимии и об эфире, от многочисленных отступлений в разные стороны… Вообще, может быть, не следовало водить читателя за собою по сцене, где разыгрывались и разыгрываются драматические события в жизни экспериментаторов. Ведь главное все-таки в этой части — рассказ о рождении странных представлений о мире, принесенных теоретической мыслью Эйнштейна. В "сочетании таких разнородных вещей, какие заполнили собою предыдущие страницы, казалось бы, нет решительно ничего обязательного…
Это правда. Но правда чисто педагогическая, правда учебника. А у меня не было ни малейшего желания притворяться наставником и преподавателем. Да и нет у меня никаких прав на такую высокую роль. То компетенция ученых и учителей. Хотелось совсем другого — хотелось в вольном рассказе приоткрыть перед читателем, далеким от современной науки о «первоосновах материи», уголок (хотя бы только уголок!) того бурного моря, по которому плывет ищущая мысль современных исследователей — физиков-теоретиков и физиков-экспериментаторов. А цельность моря — в мешанине волн и течений.
Вот единственное существенное оправдание, которое есть в запасе у автора.
А теперь на очереди — электрон. И вместе с ним удивительные идеи квантовой механики, механики микромира.
Пожалуй, еще более удивительные, еще более странные идеи, чем те, с какими нас невольно заставил познакомиться фотон. Но вместе со «странностями» теории относительности они, эти идеи, — главное в физическом миропонимании современного человека.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Глава первая
Рентген не признает электрона. — Нелепость или мудрость? — «Теперь я знаю, как выглядит атом!» — Через полчаса после рождения ядра. — Это было невероятно… — Великая трезвость Резерфорда. — У физиков не было выбора. — Спасение «обреченного атома». — «Отчего у вас голос зеленый?» — Отчаяние великих. — Единство природы.
В жизни физического института Мюнхенского университета были годы, когда слово «электрон» там не разрешалось произносить.
Некогда Лютер в гневной проповеди сказал о Копернике:
— Какой-то дурак хочет извратить все искусство астрономии…
Хотя идут века, церковь не очень меняется. Да и с чего бы: она делает вид, что владеет «вечными истинами». И если бы в наш век электрон попал за «извращение всего искусства классической физики» под церковный запрет, кто удивился бы этому? Но тогда и рассказывать про такой невероятный случай не стоило бы: он не был бы невероятным.
Нет, на сей раз единомышленники Лютера или папы римского были ни при чем. Запрет исходил от Рентгена!
Да-да, от Вильгельма Конрада Рентгена. Это представляется тем более непостижимым, что открытое им излучение порождали именно электроны, тормозившиеся в веществе. Но самое поразительное в рентгеновском запрете — не сомнения великого физика, а то, что этот запрет длился годы — даже целое десятилетие. И какое десятилетие!
Разные периоды в жизни науки, как тела с разными скоростями, обладают «собственным временем». Надо вспомнить, что на рубеже прошлого века и нынешнего каждый год делал эпоху в истории физики. Рентгеновские лучи… Радиоактивность… Радио… Кванты… Теория относительности… И в ряду этих свершений — открытие электрона.
То была заслуга выдающегося ученого с добрым именем, которого многие современники — и близкие и далекие — чаще всего называли просто Джи-Джи[7]. Джозеф Джон Томсон открыл электрон. (Кстати сказать, он был первым, кто в Англии глубоко оценил способности новозеландского юноши — будущего первооткрывателя атомного ядра — Эрнеста Резерфорда, прибывшего в 1895 году из-за океана в старинный университетский Кембридж, где Томсон был профессором и руководителем Кавендишевской лаборатории.)
Академик Капица советует своим сотрудникам не лазить по библиотечным полкам в поисках путей для решения новых проблем. Надо самому постараться найти верный путь, а потом уж изучать литературу вопроса. Такие наставления редко слышат ученики от своих учителей. Капица слышал их от Резерфорда, Резерфорд — от Томсона.
Это «закон самостоятельности». Он помог Джи-Джи в 1897 году поставить опыт бесспорный и простой: в установке, отдаленно напоминающей современную туманную камеру Вильсона, незримые электрические заряды, запеленатые в зримые капельки тумана, падали редким облаком, влекомые вниз полем тяготения. Томсон уже мог как бы считать электроны!
Тогда они еще представлялись физикам заряженными шариками. И в то великолепное десятилетие экспериментаторы разных стран разными способами независимо друг от друга определили и отношение заряда каждого шарика к его массе и самый заряд. У всех получились хоть и разные, но очень похожие величины. Можно ли было еще сомневаться в существовании электрона? Ученые вычислили и его возможный, конечно, не строгий, радиус: примерно 3·10-13 — три десятитриллионных дольки сантиметра! Физики оценили вероятные размеры самой малой «вещи», с какою дотоле приходилось иметь дело исследователям природы.
С тех пор прошло уже больше половины нашего проницательнейшего XX века, а величины заряда меньшей, чем у электрона, обнаружить не удалось. И меньшей массы покоя — тоже.
Разумеется, частицы света — фотоны — не в счет. У них, не умеющих, как мы помним, существовать в покое, совсем нет того неприкосновенного запаса массы, который у других частиц материи сохраняется во всех переделках — движутся они или покоятся… У электрона такой неприкосновенный запас есть, как есть он у протонов, нейтронов, мезонов. И вот за шестьдесят лет нашего века физики не обнаружили ни одной разновидности первооснов материи, из числа тех, что имеют массу покоя, у которых эта масса была бы меньше, чем у электрона.
Он самый легкий.
Тогда, на рубеже двух веков, физики еще не подозревали, что со временем будут открыты десятки других элементарных частиц. Даже термина такого не было в научном словаре. Электрон не назывался элементарной частицей, а только атомом электричества или единичным зарядом. И он оказался первым представителем еще неведомого, меньше чем атомного, мира — первым его глашатаем, голос которого явственно услышали физики. И случилось так, что самое малое было открыто самым первым!
Однако можно ли этому удивляться? Малость электронов позволила им сделаться самым массовым изделием экономной природы — предметом первой необходимости в ее деятельном обиходе. Легкость электронов определила их неутомимую подвижность, а заряженность при этакой малости массы наделила их неутомимой активностью. И то и другое помогло им стать обязательными участниками едва ли не всех физических событий, протекающих в макро- и микромирах.
Природа не окружила электроны никакими внешними оградами — не спрятала их в глубинах атомов, в недрах атомных ядер. Они всегда назойливо маячили прямо перед глазами экспериментаторов. Только их малость маскировала дробимость электричества; да ведь и до сих пор в языке науки и техники существуют образы, напоминающие о той давней поре, когда об электричестве говорили как о некоей непрерывной жидкости — «течет ток», «каскады усиления», «растекание зарядов»… Но еще Франклин, ловивший молнии на громоотводы, разоблачил в 1750 году эту маскировку. «Электрическая материя состоит из чрезвычайно тонких частиц», — сказал он уверенно. Тогда же, два века назад, Ломоносов пришел к такого же рода атомистическому пророчеству, размышляя о природе теплоты.
Когда Джи-Джи Томсон доказал существование атомов электричества, он назвал их «корпаслями» (примерно так звучало по-английски знакомое нам — «корпускулы»). Но это было уже лишнее слово: шестью годами раньше физик Джонстон Стоней заблаговременно окрестил единичный заряд электроном. И слово «электрон» сразу и навсегда вошло в интернациональный словарь науки, точно физики всего мира только и ждали того часа, когда оно будет, наконец, произнесено, и вот — дождались!
…А Вильгельм Конрад Рентген, человек, сделавший великое открытие, исследователь, который, по словам его ученика и сотрудника академика Абрама Федоровича Иоффе, «больше чем кто-нибудь из современников способствовал созданию новой физики нашего столетия — физики элементарных процессов и электронных явлений», не верил в реальность самого электрона. Упорно не верил — не верил вопреки очевидности, вопреки убежденности большинства своих выдающихся коллег по науке, вопреки неотразимым доводам собственных учеников.