Ирина Радунская - Безумные идеи
Опыт начинался. Они смотрели и видели то, что совершенно невидимо для остальных людей. Они видели свечение столь слабое, что его не мог воспринять ни один из приборов, существовавших в то время.
Это были сотрудники и ученики Сергея Ивановича Вавилова, доказавшего, что человеческий глаз после часового пребывания в темноте способен видеть мельчайшие порции света, измеряемые всего десятками световых квантов.
Советские оптики настойчиво изучали люминесценцию – странную способность некоторых веществ самопроизвольно излучать слабый таинственный свет.
Такое самосвечение наблюдают не только ученые. Помните светлячков, то вспыхивающих, то исчезающих в ночной листве? А тому, кто бывал летней ночью на южном море, не забыть серебристой вуали, окутывающей тело пловца, подводную часть лодки, превращающей в фейерверк взбитые веслом каскады брызг.
Светящиеся в темноте стрелки и цифры часов, а также авиационных приборов... Портреты и пейзажи, писанные светящимися красками... Почему все это светится? Какая невидимая рука поджигает вещество изнутри?
Эту-то загадку и разгадывали Вавилов и его ученики.
Странное свечение
...Молодые люди, впервые приходящие сегодня на лекции профессора члена-корреспондента Академии наук СССР Павла Алексеевича Черенкова, обычно не знают, что курс экспериментальной физики им будет читать ученый, открывший эффект Черенкова. Ведь для молодежи эффект Черенкова так же стар, как и эффект Доплера и другие явления, волнующие воображение многих поколений студентов.
Но вот звонок, и в аудиторию входит спортивного вида человек. Лекция его увлекает так, как может увлечь лишь рассказ активного участника интересных событий...
В 1932 году, в то время, когда начинающий физик Павел Черенков изучал свечение растворов ураниловых солей под влиянием гамма-лучей радия.
многие стороны явления люминесценции были неясны. Всякое оригинальное наблюдение имело здесь цену. Но основным было выявление новых, неизвестных ранее закономерностей.
Приходя утром в лабораторию и подготавливая глаза. Черенков обдумывал очередной опыт.
Как будет изменяться свечение знакомого раствора, если добавить в него еще соли? Что будет, если разбавить раствор водой? Конечно, яркость свечения должна измениться. Но важен точный закон. Необходимо установить зависимость яркости свечения от концентрации светящегося вещества. Эксперимент начинался.
По мере ослабления свечения приходилось принимать меры для того, чтобы опыт был безупречным. Ведь под действием радиоактивного излучения могли светиться и стенки сосуда, в котором налит раствор. Но просто вылить раствор и изучать свечение стенок пустого сосуда нельзя. Условия при переходе света из стекла в воздух резко отличаются от условий его перехода из стекла в раствор.
Решение принято. Нужно заменить раствор чистой водой. По всем оптическим свойствам, кроме, конечно, способности к люминесценции, вода очень мало отличается от слабого раствора.
Опыт поставлен. В сосуде дистиллированная вода. Но, оказывается, свечение наблюдается и в этом случае!
Что это, недостаток методики или результат переутомления глаз? А может быть, дистиллированная вода, которой он пользовался, недостаточно чиста? Прежде всего, спокойствие и контрольные опыты.
Все начинается сначала. Он берет тщательно очищенную воду и заменяет стеклянный сосуд на платиновый. Вода дважды дистиллирована и практически не содержит примесей. Он терпеливо сидит в темноте, восстанавливая остроту зрения. Опыт начинается и приводит его к тому же. В растворе нет ни следа ураниловой соли, но свечение сохраняется. Ему не удается отделить мешающий свет от люминесценции раствора. Что же дальше?
Темперамент против факта
Проходят дни за днями. Слухи о странных опытах Черенкова облетели весь институт. Товарищи встречают его то сочувственным, то насмешливым вопросом: – Все еще светится?
Молодые и старые физики захаживали в лабораторию к Черенкову, чтобы собственными глазами увидеть странное свечение, которое никто еще не замечал. Приходили поразмыслить, дать совет.
Черенков не находил себе места. Ведь, столкнувшись с неожиданным в результатах опыта, ученые обычно меньше всего думают, что эти странности принесут им Нобелевскую премию. Прежде всего экспериментатор ищет возможную ошибку. И он будет повторять неудавшийся опыт до тех пор, пока не устранит погрешность или не убедится, что его наблюдения не результат ошибки, а скрытая дотоле закономерность.
Проходили недели, месяцы, а Черенков все бился над загадкой непонятного, упорного свечения. Что же делать, как быть дальше?
Здесь возможно множество путей. Выбор их зависит от индивидуальности ученого, от его кругозора, от интуиции, наконец от темперамента. Многие советуют Черенкову бросить эту чепуху, отдохнуть, заняться другим.
Но Черенков хочет прежде всего ясности. Он должен узнать, почему не удался его опыт, чем вызывается свечение, которое он видит. Почему светится дистиллированная вода? Ведь до сих пор считалось, что она не способна к люминесценции. Однако... Он не может ничего сказать, пока не убедится в том, что вода действительно чиста. Может быть, все дело в стекле? Может быть, стекло, хотя и слабо, растворяется в воде и дает это свечение?
Черенков тщательно сушит свой прибор и наливает в него другую жидкость. Все то же. Долой стекло! Он берет чистейший платиновый тигель. Под его дно он кладет ампулу с большим, чем раньше, количеством радия. Гамма-лучи от ста четырех миллиграммов радия проходят через дно тигля в жидкость. Сверху на жидкость направлен объектив прибора. Жидкость предельно чиста, а свечение почти не ослабело. Теперь он уверен: яркое свечение концентрированных растворов – это люминесценция. Слабое свечение чистых жидкостей имеет другую природу. Но он продолжает свои исследования.
И вот молодой ученый докладывает о своей работе. Шестнадцать чистейших жидкостей – дистиллированная вода, различные спирты, толуол и другие – обнаружили слабое свечение под действием гамма-лучей радия. В отличие от ранее известного это свечение не распространяется во все стороны подобно свету от лампы, а видно лишь в узком конусе, вдоль направления гамма-лучей.
Установлено, что во всех этих жидкостях яркость свечения почти одинакова. Сильнее всего она в четыреххлористом углероде, слабее – в изобутиловом спирте. Но разница невелика – всего 25 процентов. Он добавлял во все жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий и другие сильнейшие душители люминесценции. Никакого эффекта – свечение не прекращалось. Он нагревал жидкости, это сильно влияет на люминесценцию, но яркость свечения не изменялась. Теперь он может поручиться, что это не люминесценция.
В 1934 году, после двух лет тщательного исследования, в «Докладах Академии наук СССР» появляется статья Черенкова об открытии нового типа свечения.
Сейчас черенковское излучение может увидеть каждый посетитель Выставки достижений народного хозяйства в Москве. Здесь под пятиметровой толщей воды мягко сияет экспериментальный атомный реактор. Свечение, окружающее его, – это черенковское излучение, вызываемое в воде мощным радиоактивным излучением реактора.
Что он видит?
Волга рождается среди Валдайской возвышенности в виде маленького родника. Не скоро она разливается могучей рекой, поражающей своей мощью.
Новое открытие вошло в науку не без труда. Многие ученые, в том числе и крупные, сомневались, считали, что опыты поставлены не чисто.
В то время уже было установлено, что люминесценция вызывается не самими гамма-лучами, а электронами, освобождающимися под их влиянием внутри жидкости. Электроны ударом возбуждают атомы растворенного вещества. В ответ атомы излучают свет. Таков механизм люминесценции, утверждали специалисты, и нечего тут мудрить.
Черенков не спорил. Он работал. Он продолжал ставить опыты. А опыты красноречивее слов. Поместив свой прибор в магнитное поле, Черенков доказал, что и «его» свечение тоже вызывается электронами, выбиваемыми гамма-лучами радия из атомов жидкости.
– Вот видите! Это же типичная люминесценция, – говорили его «противники». – Что же вы упираетесь?
– Нет, не люминесценция, – настойчиво повторял Черенков.
И следующим опытом он опять подтверждал свое мнение, получив конусообразное свечение чистых жидкостей под действием уже не гамма-, а бета-лучей, то есть быстрых электронов, выделяющихся при радиоактивном распаде.