Ирина Радунская - Безумные идеи
Целым каскадом экспериментов Черенков продолжал доказывать, что открытое им свечение не люминесценция.
Его поддерживал и научный руководитель – академик Вавилов, крупнейший специалист в области люминесценции. Сергей Иванович высказал предположение, что свечение вызвано резким торможением электронов в жидкости, явлением, уже известным физикам. Но дальнейшие наблюдения опровергли эту догадку.
– Иногда факт отказывается подтвердить теоретическое истолкование, которое ему хотели дать, – сказал как-то по другому случаю французский ученый Луи де Бройль.
Весь небольшой коллектив лаборатории размышлял над загадкой. Но эксперименты по-прежнему вел один Черенков.
Почти три года ушли на проведение тщательных исследований. Усилив источник гамма-лучей до 794 миллиграммов радия, Черенков добился увеличения яркости эффекта и получил фотографии таинственного излучения. Но никакие опыты по-прежнему не могли непосредственно выявить природу свечения, установить его происхождение, объяснить механизм его возникновения. Было совершенно надежно доказано лишь то, что свечение вызывается электронами, летящими внутри чистой, неспособной к люминесценции жидкости. Учитель и ученик были убеждены в том, что свечение имеет своеобразную, пока неизвестную, природу и его источником являются быстрые электроны.
Это был один из тех случаев, когда следующий шаг должна была сделать теория.
Тут Черенкову посчастливилось. Его опыты привлекли внимание двух физиков, которым суждено было стать выдающимися учеными нашего времени. Одним из них был Илья Михайлович Франк, ныне член-корреспондент Академии наук СССР. Он в одинаковой степени тяготел и к эксперименту и к теории. Он как бы сцементировал всю тройку. Стал связующим звеном между двумя «полюсами» – «чистым» экспериментатором Черенковым и «чистым» теоретиком Таммом. Уже тогда Игорь Евгеньевич обещал сделаться тем, кем стал академик Тамм для современной физики: идущим впереди. Игорь Евгеньевич стал во главе тройки.
Три молодых исследователя еще не знали, что дружба их закрепится на много лет. Что за ее плечами будет много покоренных вершин и в науке и в альпинизме. Они не подозревали, что вместе взойдут на «Пик Тамма» – так окрестили впоследствии ученики Игоря Евгеньевича одну из безымянных вершин Алтая. Если бы наши герои знали, что в день 60-летия друзья преподнесут Тамму альпинистскую палатку с надписью:
Идет к вершинам Игорь Тамм, А мы за Таммом по пятам, –
они, возможно, сделали бы эти слова своим девизом. Объектом первого совместного восхождения знаменитое ныне трио выбрало черенковское свечение.
Ударная световая волна
Что же увидели ученые с вершины? Катер разрезает гладкую поверхность воды, и по обе стороны от него, подобно журавлиному клину, разбегаются две волны. Если бы недалеко один от другого с одинаковыми скоростями шли два катера, можно было бы заметить, что они образуют одинаковые волны. Если же один из катеров идет быстрее другого, то образуемые им волны разбегаются под более острым углом.
Если скорость катера уменьшается, то угол, под которым разбегаются носовые волны, увеличивается. Когда же его скорость становится меньшей, чем скорость движения волн на поверхности воды, носовые волны исчезают совсем.
Понять механизм образования носовой волны нетрудно. Бросим в воду камень. От места его падения во все стороны побегут круги. Сколько раз ни кидать камни в одно и то же место, ничего похожего на носовую волну не получится. Лишь круглые кольца волн будут одно за другим разбегаться от места падения камней. Но если кидать камни с грузовика, едущего по берегу быстрее, чем бегут волны по поверхности воды, картина изменится. Круги, образующиеся от падения отдельных камней, будут накладываться один на другой и образуют полное подобие носовой волны. Отдельные круговые волны складываются воедино, образуя две большие волны, разбегающиеся под углом, который зависит от скорости движения грузовика. В остальных направлениях отдельные круги гасят друг друга.
Попросим, чтобы шофер вел грузовик по берегу очень медленно, и повторим опыт. Теперь отдельные круги не смогут пересечься. Ведь все волны бегут с одинаковыми скоростями, а значит, круги не могут догнать друг друга и наложиться один на другой. Они разбегаются таким образом, что круги, образовавшиеся от падения первых камней, всегда остаются снаружи остальных.
Совершенно так же обстоит дело при движении катера. Разрезая форштевнем воду, катер образует волны. Если катер идет со скоростью, большей, чем скорость волн, то в результате их сложения образуются носовые волны.
Носовые волны образуются не только на поверхности воды, но и во всяком другом случае, когда источник перемещается быстрее, чем бегут образуемые им волны. Пули и снаряды, скорость которых больше скорости звука в воздухе, образуют волну, тянущуюся за ними в виде узкого конуса. Такие же волны образуются за самолетом, летящим со сверхзвуковой скоростью.
Сильная сжимаемость воздуха, сопровождающаяся его нагреванием при сжатии, придает воздушной носовой волне особые свойства. По мере возникновения такой волны ее фронт становится все более крутым, скачок давления на се фронте все более увеличивается. Вследствие этого носовая волна в воздухе приобретает особенности ударной волны, образуемой при взрыве.
На заре сверхзвуковой авиации многие удивлялись взрывам, раздававшимся особенно часто при ясной погоде. Передавали друг другу различные варианты происхождения этих таинственных взрывов. Упоминались и аварии самолетов, и взрывы светильного газа, и многое другое.
Теперь все знают, что эти мощные удары вызываются не взрывом, а ударной волной – носовой волной, тянущейся за сверхзвуковым самолетом. Мощность этих волн так велика, что во избежание несчастных случаев сверхзвуковые самолеты не сближаются с обычными самолетами и не летают на малых высотах над населенными пунктами.
Опыт показал, что, летя на бреющем полете, сверхзвуковой самолет буквально звуком вышибает окна и двери в домах, разрушает легкие постройки и опрокидывает стоящие на земле самолеты. В связи с этой особенностью за рубежом даже возникали проекты создания самолетов-штурмовиков, воздействующих на противника ударной волной.
Но вернемся к загадочному черенковскому излучению. Теперь вы не удивитесь, когда узнаете, что излучение, открытое Черенковым, не что иное, как ударная световая волна!
Как взмах ракетки
Конечно, вы можете возразить, что для образования ударной звуковой волны самолет или снаряд должен лететь быстрее звука. И добавите: значит, для образования ударной световой волны электрон тоже должен лететь быстрее света? Но как это может быть? Ведь Эйнштейн еще полвека назад доказал, что ни одно тело, ни одна элементарная частица не могут передвигаться со скоростью, превосходящей скорость света в пустоте.
Эта-то последняя оговорка и спасает положение. Дело в том, что в веществе свет распространяется медленнее, чем в пустоте, а в некоторых веществах даже намного медленнее. Поэтому ничто не препятствует электрону, обладающему достаточной энергией, обогнать световую волну, бегущую в веществе. А при этом уже может образоваться ударная световая волна – излучение Черенкова – Вавилова.
Теорию, объясняющую возникновение черенковского излучения, Тамм и Франк создали в 1937 году. Они неопровержимо доказали, что Черенков действительно открыл совершенно новый вид светового излучения.
Как же объяснили они увиденное Черенковым? Когда жидкость, даже простая дистиллированная вода, облучается гамма-лучами радия, эти лучи выбивают из атомов жидкости электроны. А так как электроны – крошечные сгустки материи – очень легки, то удар кванта гамма-лучей действует на них, как удар ракетки на теннисный мяч. Вот почему электроны вылетают из атомов с колоссальными скоростями.
Электрон, летящий в жидкости, сильно взаимодействует с атомами, лежащими вблизи его пути. Электроны этих атомов тоже начинают излучать. В результате в веществе возникают световые волны, которые разбегаются во все стороны от летящего электрона.
Если электрон летит медленнее света, то световые волны, исходящие от различных участков его пути, гасят друг друга, и мы не видим световых волн, так же как не видим носовую волну у корабля, движущегося с очень малой скоростью. Иное дело, если электрон летит быстрее, чем скорость света в веществе. В этом случае световые волны, излучаемые электроном по мере его продвижения в веществе, складываются, образуя разбегающуюся в виде конуса световую волну.