Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница

предположить, что океан Дирака не переполняется, а, наоборот, всегда

испытывает недостаток частиц. В этом случае распределение Дирака можно

наглядно представить как нечто напоминающее кусок швейцарского сыра с

множеством дыр в нем. Из-за общей нехватки частиц дырки будут существовать

всегда, и даже если какая-нибудь частица окажется выброшенной из

распределения, она вскоре снова упадет в одну из дырок. Следует сказать,

однако, что как с физической, так и с математической точки зрения обе

картины абсолютно эквивалентны, и поэтому совершенно безразлично, какой из

картин мы отдадим предпочтение.

Второе замечание можно сформулировать в виде следующего вопроса: "Если

в той части Вселенной, где мы обитаем, существует явное численное

преобладание отрицательно заряженных электронов, то можно Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница ли предположить,

что где-то в другой части Вселенной численное преимущество наблюдается за

положительно заряженными электронами?" Иначе говоря, компенсируется ли

переполнение океана Дирака в нашей окрестности недостатком отрицательно

заряженных электронов где-то в другом месте?

Ответить на этот чрезвычайно интересный вопрос очень трудно.

Действительно, так как атомы, состоящие из положительно заряженных

электронов, которые обращаются вокруг отрицательно заряженного ядра, давали

бы такие же оптические картины, как и обычные атомы, не существует способа

ответить на этот вопрос с помощью спектроскопических наблюдений. Судя по

всему, что мы знаем, вполне возможно, что образование вещества где-нибудь в

Туманности Андромеды происходит "наоборот" по отношению к привычной для нас

схеме, но единственный способ подтвердить или Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница опровергнуть подобную догадку

состоит в том, чтобы раздобыть кусочек того вещества и проверить, не

аннигилирует ли оно при соприкосновении с земным веществом. Разумеется, в

случае аннигиляции последует ужасный взрыв! В последнее время стали

поговаривать о том, что некоторые метеориты, взорвавшиеся при вхождении в

земную атмосферу, возможно, состояли из такого "перевернутого" вещества, но

я не думаю, чтобы подобные разговоры следовало принимать всерьез. Не

исключено, что вопрос о переполнении океана Дирака в одних частях Вселенной

и нехватке частиц в других ее частях навсегда останется без ответа.

Глава 15

Мистер Томпкинс знакомится с японской кухней



Однажды Мод отправилась на выходной навестить тетушку в Йоркшире, и

мистер Томпкинс пригласил профессора отобедать Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница с ним в знаменитом японском

ресторане. Расположившись на мягких подушках за низким столиком, они

пробовали деликатесы японской кухни и потягивали из чашечек сакэ.

- Скажите, пожалуйста, - обратился к профессору мистер Томпкинс, -

доктор Таллеркин упомянул в своей лекции, что протоны и нейтроны

удерживаются в ядре особыми силами сцепления. Это те самые силы, которые

удерживают электроны в атоме?

- О, нет! - возразил профессор. - Ядерные силы представляют собой нечто

совершенно другое. Атомные электроны притягиваются к ядру обычными

электростатическими силами, впервые подробно исследованными французским

физиком Шарлем Опостеном де Кулоном в конце XVIII века. Это сравнительно

слабые силы, убывающие обратно пропорционально квадрату расстояния от

центра. Ядерные силы имеют совершенно иную природу. Когда протон и нейтрон

сближаются вплотную, но не Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница соприкасаются, то между ними ядерные силы

практически не действуют. Но как только частицы входят в прямой контакт,

между ними возникает необычайно мощная сила, которая удерживает их вместе. В

этом смысле протон и нейтрон напоминают два кусочка липкой ленты, которые не

притягивают друг друга даже на малых расстояниях, но становятся

неразлучными, как братья, стоит лишь им соприкоснуться. Физики назвали силы,

удерживающие протоны и нейтроны в ядре, _сильным взаимодействием_. Эти силы

не зависят от электрического заряда двух частиц и с одинаковой

интенсивностью действуют и между двумя нейтронами, и между протоном и

нейтроном, и между двумя протонами.

- Существуют ли какие-нибудь теории, объясняющие сильное

взаимодействие? - спросил мистер Томпкинс Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница.

- Существуют. В начале 30-х годов японский физик Хидеки Юкава высказал

гипотезу о том, что сильное взаимодействие обусловлено обменом какой-то

неизвестной частицей между двумя нуклонами (нуклон - это собирательное

название протона и нейтрона). Когда два нуклона сближаются, между ними туда

и обратно начинают прыгать какие-то загадочные частицы, что и приводит к

возникновению сильной связи, удерживающей нуклоны вместе. Юкаве удалось

теоретически оценить массу гипотетических частиц. Оказалось, что она

примерно в 200 раз больше массы электрона, или примерно в 10 раз меньше

массы протона или нейтрона. Такие частицы получили название _мезатронов_. Но

отец Вернера Гейзенберга, бывший профессором классических языков, возразил

против столь грубого нарушения древнегреческого языка. Дело в том, что

название _электрон_ происходит от Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница греческого ῆλεκτρον (янтарь), а название

_протон_ происходит от греческого πρῶτον (первый). Название же частицы Юкавы

было образовано от греческого μέσον (середина), в котором нет буквы ρ.

Выступив на Международной конференции физиков, Гейзенберг-отец предложил

заменить название мезатрон на мезон. Некоторые французские физики возражали

потому, что несмотря на другое написание новое название звучит, как

французское слово maison (дом, домашний очаг). Однако их доводы не были

приняты во внимание коллегами из других стран, и новый термин прочно

укоренился в ядерной физике. Но взгляните на сцену. Сейчас нам покажут

мезонное представление!

Действительно, на сцене появились шесть гейш, которые начали играть в

бильбоке: в каждой руке у гейш было по чашке и они ловко перебрасывали шарик

из одной Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница чашки в другую и обратно. Между тем на заднем плане появился

мужчина и запел:

For a meson I received the Nobel Prize,

An achievement I prefer to minimize.

Lambda zero, Yokohama,

Eta keon, Fujiyama -

For a meson I received the Nobel Prize.

They proposed to call it Yukon in Japan,

I demurred, for I'm a very modest man.

Lambda zero, Yokohama,

Eta keon, Fujiyama -

They proposed to call it Yukon in Japan.

(За мезон я получил Нобелевскую премию,

Но хотел бы, чтобы об этом поменьше шумели.

Лямбда ноль, Иокогама,

Эта каон, Фудзияма -

За мезон я получил Нобелевскую премию.

В Японии Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница мезон предпочитают называть юконом,

Я противлюсь этому, так как человек я очень скромный.

Лямбда ноль, Иокогама,

Эта каон, Фудзияма -

В Японии мезон предпочитают называть юконом.)

- А почему выступают три пары гейш? - спросил мистер Томпкинс.

- Они изображают три возможных варианта обмена мезонами, - пояснил

профессор. - Мезоны бывают трех типов: положительно заряженные, отрицательно

заряженные и электрически нейтральные. Возможно, что ядерные силы порождены

мезонами всех трех типов.

- Итак, ныне существуют восемь элементарных частиц, - подвел итог своим

размышлениям мистер Томпкинс и принялся считать на пальцах, - нейтроны,

протоны (положительно и отрицательно заряженные), положительно и

отрицательно заряженные электроны и мезоны трех сортов.

- Нет! - воскликнул профессор. - Элементарных частиц сейчас известно не

восемь, а Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница ближе к восьмидесяти. Сначала выяснилось, что существуют две

разновидности мезонов, тяжелые и легкие. Тяжелые мезоны физики обозначили

греческой буквой пи и назвали _пионами_, а легкие - греческой буквой мю и

назвали _мюонами_. Пионы рождаются на границе атмосферы при столкновении

протонов очень высокой энергии с ядрами газов, образующих воздух. Но пионы

очень нестабильны и распадаются, прежде чем достигнут поверхности Земли, на

мюоны и нейтрино (самые загадочные из всех частиц), которые не обладают ни

массой, ни зарядом, а только переносят энергию. Мюоны живут несколько

дольше, около нескольких микросекунд, поэтому они успевают достигнуть

поверхности Земли и распадаются на наших глазах на обычный электрон и два

нейтрино. Существуют также частицы, обозначаемые греческой буквой ка Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница и

называемые _каонами_.

- А какие из частиц используют эти гейши в своей игре? -

поинтересовался мистер Томпкинс.

- По-видимому, пионы, скорее всего нейтральные (они играют наиболее

важную роль), но я не вполне уверен. Большинство новых частиц, открываемых

ныне почти каждый месяц, настолько короткоживущие, даже если они движутся со

скоростью света, что распадаются на расстоянии нескольких сантиметров от

места рождения, и поэтому даже чувствительные приборы, запускаемые в

атмосферу на шарах, "не замечают" их.

Но теперь у нас есть мощные ускорители частиц, способные разгонять

протоны до столь же высоких энергий, какие те достигают в космическом

излучении, т. е. до многих тысяч миллионов электрон-вольт. Одна из этих

машин под Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница названием лоуренстрон расположена здесь неподалеку, ближе к

вершине холма, и я буду рад показать ее вам.

После непродолжительной поездки на автомашине профессор и мистер

Томпкинс подъехали к огромному зданию, внутри которого находился ускоритель.

Войдя в здание, мистер Томпкинс был потрясен сложностью гигантского

сооружения. Но по заверению профессора, ускоритель в принципе был не более

сложен, чем праща, из которой Давид убил Голиафа. Заряженные частицы

инжектировались (поступали) в центре гигантского барабана и, двигаясь по

раскручивающимся спиралям, ускорялись переменными электрическими импульсами.

Движением частиц управляет сильное магнитное поле.

- Мне кажется, я уже видел нечто подобное, - сказал мистер Томпкинс, -

когда несколько лет назад посетил циклотрон, который назывался "атомной

дробилкой".

- Вы совершенно правы Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница, - подтвердил профессор. - Циклотрон, который вы

тогда видели, был изобретен доктором Лоуренсом. Ускоритель, который вы

видите здесь, основан на том же принципе, но он может разгонять частицы уже

не до нескольких миллионов электрон-вольт, а до многих тысяч миллионов

электрон-вольт. Два таких ускорителя были недавно сооружены в Соединенных

Штатах. Один из них находится в Беркли (штат Калифорния) и называется

_бэватрон_, поскольку разгоняет частицы до энергий в миллиарды

электрон-вольт. Это чисто американское название, так как только в Америке

тысячу миллионов принято называть биллионом. В Великобритании биллионом

называется миллион миллионов, и никто в доброй старой Англии еще не пытался

достичь столь высоких энергий. Другой американский ускоритель частиц

находится в Брукхейвене, Лонг-Айленд Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница, и называется _космотрон_. Это название

несколько претенциозно, так как энергии, достижимые в космическом излучении,

часто намного превышают те, до которых разгоняет частицы космотрон. В

Европе, в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) близ Женевы,

построены ускорители, сравнимые с двумя американскими ускорителями. В

России, недалеко от Москвы, построен еще один ускоритель такого же типа,

общеизвестный под названием _хрущевтрон_. Возможно, что теперь он будет

переименован в _брежневтрон_.

Оглядевшись по сторонам, мистер Томпкинс обратил внимание на дверь, на

которой красовалась надпись:

ЖИДКИЙ ВОДОРОД АЛЬВАРЕСА

ВАННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

- А что за этой дверью? - спросил он.

- О! - ответил профессор. - Видите ли, лоуренстрон производит все

больше и больше различных элементарных частиц все большей Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница и большей энергии.

Их приходится анализировать, наблюдая траектории и вычисляя массы, времена

жизни, взаимодействия и многие другие свойства, такие как странность,

четность и т. д. В давние времена для наблюдения траекторий использовалась

так называемая камера Вильсона, за создание которой Ч. Т. Р. Вильсон в 1927

г. получил Нобелевскую премию. В то время быстрые электрически заряженные

частицы с энергией в несколько миллионов электрон-вольт, исследуемые

физиками, пропускались через камеру со стеклянной крышкой, наполненную

воздухом, почти до предела насыщенным водяными парами. Когда дно камеры

резко опускалось, воздух вследствие расширения охлаждался и водяной пар

становился _перенасыщенным_. В результате некоторая доля пара

конденсировалась в крохотные водяные капельки. Вильсон обнаружил, что такая

конденсация паров в Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница воду происходит гораздо быстрее вокруг ионов, т. е.

электрически заряженных частиц газа. Но вдоль траекторий электрически

заряженных частиц, пролетающих сквозь камеру, газ ионизируется. В результате

непрозрачные полоски тумана, освещаемые источником света, расположенным на

стенке камеры, становятся видимыми на выкрашенном в черный цвет дне камеры.

Вспомните снимки, которые я показывал вам на прошлой лекции.

В случае частиц из космических лучей с энергиями, тысячекратно

превосходящими энергии частиц, которые мы изучали до сих пор, ситуация иная

потому, что треки частиц становятся очень длинными и камеры Вильсона,

заполненные воздухом, слишком малы для того, чтобы можно было проследить

весь трек частицы от начала до конца, поэтому наблюдению доступна лишь

небольшая часть траектории Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница.

Большой шаг вперед был недавно сделан американским физиком Дональдом А.

Глезером, которому в 1960 г. была присуждена за это Нобелевская премия. Как

рассказывает сам Глезер, однажды он сидел в баре и угрюмо наблюдал за

пузырьками, поднимавшимися в стоявшем перед ним бокале пива. Внезапно ему

пришла в голову идея: "Если Ч. Т. Р. Вильсон мог изучать капельки жидкости в

газе, то почему бы мне не заняться изучением пузырьков газа в жидкости?"

- Не стану вдаваться в технические детали, - продолжал профессор, - и

касаться трудностей, возникших на пути к техническому воплощению идеи

Глезера. Вам все равно они были бы непонятны. Скажу только, что для

надлежащего функционирования пузырьковой камеры (такое название получило

изобретение Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница Глезера) наиболее подходящей жидкостью оказался жидкий водород,

температура которого составляет около двухсот пятидесяти градусов по

Фаренгейту ниже температуры замерзания воды. В соседней комнате стоит

большой контейнер; построенный Луисом Альваресом и заполненный жидким

водородом. Обычно его называют "ванной Альвареса".

- Бр-р-р! - поежился мистер Томпкинс. - Для меня холодновато!

- Вам вовсе не нужно лезть в ванну. Вполне достаточно наблюдать за

траекториями частиц сквозь прозрачные стенки.

Ванная функционировала как всегда, и камеры со вспышкой, расположенные

вокруг нее, непрерывно делали снимок за снимком. Сама ванна была помещена

внутри большого электромагнита, изгибавшего траектории частиц, чтобы затем

по изгибу экспериментаторы могли оценивать скорость их движения.

- Производство одного снимка занимает Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница несколько минут, - пояснил

Альварес. - В день получается до нескольких сотен снимков, если установка не

выходит из строя и не требует какого-нибудь ремонта. Каждый снимок

подвергается тщательному изучению, все треки анализируются, а их кривизна

тщательно измеряется. Анализ и измерения занимают от нескольких минут до

часа в зависимости от того, насколько интересен снимок и насколько быстро

справляется с работой девушка.

- Почему вы сказали "девушка"? - прервал его мистер Томпкинс. - Разве

это чисто женское занятие?

- Разумеется, нет, - ответил Альварес. - Многие из наших девушек в

действительности мальчики. Но когда мы говорим о тех, кто занимается

обработкой снимков, то называем их девушками независимо от пола. Термин

"девушка" означает единицу эффективности и точности. Когда вы говорите

"машинистка" или "секретарь Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница", то обычно представляете себе женщину, а не

мужчину. Так вот, для анализа всех снимков, получаемых в нашей лаборатории,

нам понадобились бы сотни девушек, что превратилось бы в нелегкую проблему.

Поэтому мы рассылаем множество наших снимков в другие университеты, не

имеющие достаточно средств, чтобы построить лоуренстроны и пузырьковые

камеры, но располагающие суммами денег, которых вполне хватает на покупку

приборов для анализа наших снимков.

- Такого рода снимки получаете только вы или кто-нибудь еще? -

поинтересовался мистер Томпкинс.

- Аналогичные ускорители имеются в Брукхейвенской Национальной

Лаборатории на Лонг-Айленде в Нью-Йорке, в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных

исследований) близ Женевы и в Лаборатории "Щелкунчик" неподалеку от Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница Москвы в

России. Все эти лаборатории заняты поиском иголки в стоге сена и, что самое

удивительное, время от времени им все же удается найти иголку!

- А для чего ведется эта кропотливая работа? - спросил в удивлении

мистер Томпкинс.

- Чтобы искать и находить новые элементарные частицы (найти которые,

кстати сказать, гораздо труднее, чем иголку в стоге сена!) и исследовать

взаимодействие между ними. Здесь на стене таблица известных элементарных

частиц и она уже сейчас содержит больше частиц, чем элементов в

Периодической системе Менделеева.

- А почему столь чудовищные усилия предпринимаются лишь для того, чтобы

найти новые частицы? - продолжал удивляться мистер Томпкинс.

- Такова наука, - ответил профессор, - попытка человеческого разума

понять все, что нас окружает, будь Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница то гигантские звездные галактики,

микроскопические бактерии или элементарные частицы. Познавать окружающий мир

захватывающе интересно, и поэтому мы занимаемся этим.

- А не способствует ли развитие науки достижению практических целей,

увеличивая благосостояние людей и делая их жизнь более удобной?

- Разумеется, способствует, но это лишь второстепенная цель. Не думаете

же вы, что основное назначение музыки состоит в том, чтобы учить горнистов

будить по утрам солдат, сзывать их на завтраки, обеды и ужины или призывать

их на битву? Говорят: "Любопытство сгубило кошку". Я говорю:

"Любознательность рождает ученого".

С этими словами профессор пожелал мистеру Томпкинсу спокойной ночи.

Замечательный физик-теоретик Георгий Антонович (Джордж) Гамов

(1904-1968) не был узким Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница специалистом. Он оставил заметный след в квантовой

механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии и биологии. Его

идеи, яркие и оригинальные, не раз прокладывали новые направления научных

исследований. Ему принадлежат пионерские работы по квантовой теории

альфа-распада и туннельному эффекту, уровням энергии в ядре, моделям звезд с

термоядерными источниками энергии, роли нейтрино при вспышках сверхновых и

новых, образованию химических элементов путем захвата нейтронов, реликтовому

излучению и генетическому коду.

Не менее обширно, оригинально и ярко литературное наследие Г. А.

Гамова. Его перу принадлежит увлекательная автобиография "Моя мировая линия"

и целая россыпь замечательных научно-популярных книг, таких, как "Мистер

Томпкинс в Стране Чудес", "Мистер Томпкинс исследует атом", "Раз, два,

три Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница... бесконечность", "Тридцать лет, которые потрясли физику", "Сотворение

Вселенной", "Биография физики", "Звезда под названием Солнце", "Биография

Земли", "Планета под названием Земля".

Предлагаемая вниманию читателя книга - первая публикация произведений

Г. А. Гамова на русском языке.

Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 2 | Нарушение авторских прав


documentatktbsj.html
documentatktjcr.html
documentatktqmz.html
documentatktxxh.html
documentatkufhp.html
Документ Георгий Гамов. Приключения Мистера Томпкинса 12 страница