Глава первая

Чувство, которое редко посещает человека. — Не рано ли об этом рассказывать? — Случай в долине. — Гора очарований и разочарований. — «Дух приключений» и «лучевая лихорадка». — Исток нескончаемой серии открытий. — Нет, это не были ошибки опыта! — Природный заповедник элементарных частиц. — Отчего любопытство привело нас на Арагац?

1

Мы поднимались на Арагац для того, чтобы посмотреть, как незримое и неслышное становится явным. Не было головокружительных подъемов и перехватывающих дыхание виражей, но не было и дороги. Вернее, она была, да только кончилась слишком рано — там, где нужда в ней стала всего острее: на границе весны и зимы.

Мы поднимались к небу, и смена времен года шла в об ратном порядке. На зеленом просторе Араратской долины весна уже переходила в лето. А в райском саду Бюраканской обсерватории сквозь дождь, пронизанный солнцем, еще угадывалось ее начало. Потом мы въехали в ранний апрель с рыжеющим снегом и черными пятнами прошлогодних трав. Потом часы отстали еще на месяц: тяжелые мартовские снега окружали последнее поселение Каши-Булах. Там лобастые камни уже сумрачно поглядывали на людей из-под белых надбровий. Потом ушли все краски и осталось только арктическое безмолвие неоглядных снегов. Осталась белизна, которую, однако, нельзя было бы передать белилами, потому что изменчивое облачное небо с прорывающимся солнцем все время примешивало к белому другие цвета.

И тут кончилась дорога.

Вездеход стал беспомощен. Выгрузив нас, продукты и почту, он повернул обратно. Все надели темные очки, припасенные впрок. Могучий трактор спустился сверху нам навстречу. И невозможно было понять, откуда взялся здесь, в этой белой тишине, такой неправдоподобный сгусток черноты и скрежета. «Челябинец» принял на борт новичков, а бывалые обитатели горы стали на лыжи и подхватили брошенные им веревочные концы. По белой траншее, протараненной бульдозером в двухметровой снежной целине, «Челябинец» пошел выплясывать чудовищно-тяжеловесный танец. Трактор медленно поднимался все вверх и вверх по неуступчивым каменным волнам, выворачивая наши души. Оставалось одно утешение: по всем признакам до неба было уже недалеко.

Начало мая — прекраснейшая пора в зеленых земных долинах южных широт: солнце еще милостиво, ветры еще прохладны, реки еще полноводны и зелень в самом деле еще зелена. А в горах?

Несколькими днями раньше мы поднимались на машине весело-зеленым Дилижанским ущельем к Севанскому перевалу — к синему горному морю, что лежит на два километра выше обычных морей. Быстроногие мальчишки на Севане… Со связками серебряно-черно форели в руках они бежали от белесого озерного прибоя к серой реке асфальта, оглашая весенний воздух пронзительным криком: «Ишхан, ишхан!» Для человека, впервые въезжавшего в незнакомую страну вечерним малолюдьем высокогорной дороги, этот зазывный крик продавцов севанской форели сделал сразу обитаемым каменистый безмолвный пейзаж, который так часто и так справедливо называют библейским.

А на Арагаце, на той же высоте и в ту же пору, на пути к широко известной Станции космических лучей ничто не скрашивало холодного безлюдья камней и снегов. Между тем до самой станции была еще добрая тысяча метров по вертикали, или, точнее, дюжина недобрых километров по белым склонам горы.

Отметка — 3 250. Неожиданное заледенелое озерцо. В таком уединении обосновалась станция, что едва ли не до самого конца пути — до последнего поворота снежной траншеи — ничто не предвещало внезапного появления меж крутых вершин Арагаца каменных зданий высокогорной лаборатории. А всю дорогу, по крайней мере в это время года, новичка томило редко посещающее человека беспокойное и вместе легкое чувство — чувство отрешенности от земли.

2

Это чувство — потому я и заговорил о нем — немножко сродни предмету, о котором пойдет здесь речь. А речь пойдет об элементарных частицах материи. Вернее, о радостях и горестях ищущей мысли ученых, исследующих нейтрино и электроны, протоны и нейтроны, мезоны и гипероны, античастицы и многое другое. Все это не просто заманчиво звучащие термины из хитроумного научного словаря. Все это — несомненно существующие реальности. Столь же несомненно существующие, как атомы или молекулы, как видимое световое излучение или невидимые радиоволны.

Так откуда же берется ощущение отрешенности?

В помеченных мелом и сложенных штабелями бревнах обезличиваются деревья — за их однообразием уже не виден живой шумящий лес. За одинаковостью песчинок на речной косе уже не угадать первоначальных очертаний берега — дробление обезличивает камень. Вот так и в мире элементарных частиц — там уже ничто не напоминает о разнообразии земной природы.

Сведенная к элементарным частицам материя предстает перед нами лишенной цвета и запахов, незримой и неслышной, свободной от каких бы то ни было свойств, позволяющих нам в обыденной жизни отличать одни предметы от других; там нет ни твердости, ни хрупкости, ни прозрачности, ни угловатости… Впрочем, стоит ли продолжать это перечисление; таких обиходных свойств нет уже и в мире атомов. А погружаясь еще глубже в недра материи — в меньше чем атомный — субатомный — мир элементарных частиц, мы еще больше отрешаемся от нашего повседневного опыта.

Там все необычно.

Там скорости, близкие к световой, — явление заурядное. Там есть частицы, которые и не могут существовать иначе, как в полете со скоростью света: нельзя затормозить их движение — они исчезают. Там Продолжительность жизни, измеряемая миллионными долями секунды, нередко оказывается относительным долголетием. Там почти мгновенное превращение одних частиц в другие — дело вполне обыкновенное, и рождение там сопровождается смертью, а смерть — рождением. Там пришлось назвать одно свойство таким ненаучным словом, как «странность», там ученые прибегают к таким неожиданным понятиям, как «призрачное взаимодействие». Там воображению не из чего строить привычные механические модели вещей и процессов, и в словарь науки проникают новые, поэтически окрашенные термины, в которых как бы застывает навсегда удивление физиков перед необычайностью открывшихся им явлений.

И чтобы уж до конца объяснить то ощущение отрешенности, о котором зашел разговор, нужно добавить два слова: открытия в мире элементарных частиц пока не имеют прямого касательства к практическим нуждам человеческой жизни.

Микроураганы, бушующие в атомных реакторах, оборачиваются полезной энергией — она крутит валы машин и освещает людские дома. Микрособытия в мире элементарных частиц, изучаемые на лабораторных установках, еще никого не согрели, равно как и никого не обездолили. Они не создали никаких угроз человеческому существованию, но и не помогли еще людям ни на йоту увеличить благосостояние общества.

Так, может быть, пока не стоит рассказывать об этих отвлеченных исканиях? Конечно, манит к себе их новизна. Но разве в физике мало других интереснейших новшеств, да притом таких, что они уже составляют душу многих замечательных завоеваний нынешней техники? Так не повременить ли до тех пор, пока и наука об элементарных частицах не придет к своему деловому часу?

Однако, может быть, она никогда и не придет к нему в том прямом смысле, что на основе ее успехов будут конструироваться новые машины или выращиваться сверхурожаи? И все-гаки тысячи ученых в десятках лабораторий исследуют поведение, свойства, взаимодействия элементарных частиц. Искусные экспериментаторы и проницательные теоретики делают неожиданные открытия, ставят тонкие опыты, выдвигают самые невероятные предположения, спорят друг с другом в поисках законов, по которым устроена материя в ее первоосновах.

В ее первоосновах! В этом все дело.

Прекрасно сказал наш известный математик, один из создателей Сибирского отделения Академии наук СССР, академик М. Лаврентьев: «Бесполезных открытий не бывает! Нельзя говорить ученому: прекрати свои поиски, потому что сегодня они не нужны для промышленности. Они будут нужны.

Отбрасывая с пренебрежением исследования, которые сегодня кажутся отвлеченными, но направленными на разгадывание тайн природы, на воспроизведение ее явлений, мы рискуем слишком много потерять, ибо вслед за познанием неведомых сил природы всегда идет овладение этими силами».

Если так взглянуть на науку об элементарных частицах, пожалуй, сразу же не останется и следа от ее отвлеченности. Наоборот, тотчас станет ясно, что в ее успехах заинтересовано все естествознание. А заодно с ним — и вся техника, вся практическая деятельность человечества.

Этого не нужно доказывать, как не нужно доказывать, что все происходящее в природе зависит в конце концов от «внутреннего устройства» материи. И потому в мире техники — в мире второй природы, создаваемой человеком, — все определяется в конце концов глубиной проникновения в это тайное тайных природы первой. И без малейшего преувеличения можно сказать, что наука об элементарных частицах держит в своих руках все будущее природоведения и все будущее человеческой техники.

Но вообще нужны ли тут эти «оправдания пользой»? Должно ли нуждаться в них стремление ученых пробиться к первоосновам материи?

3

Когда материалисты древности впервые произнесли слово «атом», они проявили глубочайшую проницательность и вместе с тем впали в глубочайшее заблуждение. Понадобилось более двух тысячелетий, чтобы со всей научной строгостью доказать правоту древних натурфилософов и в то же время сразу их опровергнуть.

«Атом» — «неделимый»! В этом слове заключалась не одна, а две идеи: идея дробимости материи — ее сложного строения, и еще — идея неделимости ее первооснов.

Смешно подумать, но и в наш век были ученые, которые упорствовали в нежелании признать делимость материи до атомного состояния. Конечно, сегодня таких неверующих уже не встретить. Но, окончательно победив, первая идея тотчас нанесла поражение второй. Едва начав изучение реальных атомов разных химических элементов, физики увидели, что неделимость их — миф. Оказалось, что атомы вовсе не «атомы».

Кирпичиками мироздания называли их еще в начале XX века. Однако удержаться в этом высоком звании атомам не удалось. Открылось, что они сами — целые миры, построенные из деталей более простых: протонов, нейтронов, электронов.

Теперь уже эти три стандартные детали были возведены в ранг, или, если хотите, были низведены до ранга первооснов материи. Их назвали элементарными — «простыми» — частицами.

Три — соблазнительное число. Когда-то последователи Пифагора полагали, что в основе миропорядка лежит гармония чисел. Узнав про тройку элементарных частиц, они, наверное, глубокомысленно закивали бы головами: «Три первоосновы? Это похоже на истину».

Но исследования продолжались. О древних пифагорейцах физики не вспоминали. К трем элементарным частицам сразу начали прибавляться все новые и новые, столь же простые частицы. Двадцать пять лет они сыпались как из рога изобилия. Или как падающие звезды в августе: яркими линиями прочерчивали они темноту нашего неведения и привлекали всеобщее внимание. Но иные из них и вправду сгорали, как метеоры: факт их существования не находил подтверждения или до сих пор вызывает сомнения и споры.

Вы, конечно, понимаете, что эти ходячие образы — «рог изобилия» и «звезды в августе» — здесь совсем неуместны: открытие каждой новой, прежде неизвестной элементарной частицы — дело величайшей трудности. Всякий раз это настоящий научный подвиг: такой проницательности, такой веры в разумности смелых предположений, такой экспериментальной изощренности и такой безошибочности в работе требуют подобные открытия от ученых. Можно только удивляться, что с начала 30-х годов нашего века — за ничтожно короткий исторический срок — число бесспорно открытых элементарных частиц постепенно перевалило далеко за двадцать! И где конец «списка первооснов», даже есть ли он вообще, этот конец, сегодня никто еще не скажет.

Но вот вопрос: действительно ли ученые имеют тут дело с первоосновами материи? Действительно ли элементарно просты элементарные частицы? Уж не служат ли они в природе теми окончательно неделимыми атомами, о которых думали некогда натурфилософы древности? Неужели и впрямь с этих частиц «все начинается»? Если нет — то что же дальше? Откуда берутся они сами? Из чего построены и по каким законам рождаются? Вообще — что они такое?

Однако не слишком ли много вопросов тут нагромождено?

Снова: все сказанное сказано только для оправдания этого разговора об элементарных частицах. Да, двигателя на них пока не построишь. Но когда речь идет об общей физической картине природы — о первоосновах материи, науке не нужно оправдываться в том, что она пока еще отвлеченная!

И все же современникам первых атомных электростанций, первых спутников Земли, первых полетов к Луне трудно поверить, чтобы физики сегодня занимались делами, далекими от непосредственного практического приложения в жизни. Занятную историю нечаянно узнал я на Арагаце.

…В Араратской долине, где дымят заводы и фабрики, где работают геологи и дорожники, однажды произошла авария — у кого-то что-то взорвалось. Запутанные технические причины аварии были установлены не сразу. И вот, пока их доискивались, одному из обследователей случившегося пришла в голову неожиданная мысль, вполне пригодная для фантастического рассказа. Эта мысль повела его на Арагац — к черному озеру меж вершин необжитой горы.

Трудная дорога, холод, тревога неизвестности… «Может, и со мной что-нибудь произойдет в пути, — думал обследователь, — раз эти ученые сумели оттуда, сверху, вызвать по неаккуратности взрыв в долине?..»

В уединении Арагацкой станции каждый человек снизу — желанный гость. Обследователя накормили до отвала, предложили ему горячий душ, постель со свежим бельем, какв заправской гостинице. Нет, как в настоящей клинике, потому что врач высокогорной лаборатории, движимый своими собственными научными интересами, еще измерил кровяное давление человека из долины и снял его кардиограмму. Гость с удивлением смотрел на батареи центрального отопления, на щедрое электрическое освещение, на многоцветные схемы автоматических радиоустройств, на громады физических установок. Он проникся симпатией и доверием к обитателям горы, но вместе с тем и укрепился в мысли об их могуществе.

Физики все показали ему и все объяснили. Как могли. Они улыбались, и он улыбался. Казалось, он понял: тут занимаются просто «чистой наукой» — космическими лучами, приходящими из глубин вселенной; никакими секретными силами, способными действовать на расстоянии, физики тут не владеют. Пришел час расставания. Гость уже открыл дверь, как вдруг обернулся с порога, понимающе подмигнул и сказал:

— Ладно, товарищи. Все ясно! Только давайте в следующий раз поаккуратней, а то вон что получается…

Физики еще долго смеялись. Нет, им не удалось уверить человека из долины в своей практической беспомощности. Не тот нынче век на дворе!

Но в одном этот человек был прав, сам того не подозревая: физики сегодня уже так могущественны, как никогда прежде, — они подбираются к глубинным «первоосновам материи». А это посерьезней воображаемых или возможных взрывов на любом расстоянии.

4

Итак, мы поднимались на Арагац, дабы посмотреть, как незримое и неслышное становится явным.

На языке деловом наша цель определялась скучными словами: «объект», «ознакомление». У тракториста и его напарника, у инженера-радиотехника и начальника станции были, разумеется, свои печали — у каждого по обязанностям. Но мною, пятым участником подъема, владело совсем не деловое намерение: честно говоря, просто очень хотелось пройти 3 250 метров вверх — по направлению к незнаемому.

Настроение было крылатым и чуть-чуть торжественным, как обычно у горожан в горах. А тут еще весна в Армении — южная весна! Предшествовавшая холодным вершинам Арагаца, она настраивала на нужный лад.

Внизу, в Ереване, в зеленом дворике Физического института Академии наук, цвели каштаны и вавилонская ива; не то начиналась, не то уже кончалась сирень. Еще никто не искал тени, и удивительно, как хорошо было расхаживать по этому дворику, слушая рассказы физиков об истории Арагац-кой лаборатории, о ее работах — удачных и неудачных, старых и новых. Но только в их рассказах не было никакой особой приподнятости. Ничего весеннего.

Обычная история! Слушая их, я вспоминал, как на первой атомной станции под Москвой в дни, когда весь мир был полон разговоров о ней, молодой инженер в белом халате усталым голосом сообщал экскурсантам: «А этот контур выполнен у нас из нержавейки», «А турбинка у нас пустяковая, смотреть не на что, старую подлатали — и поставили».

У высот науки то же свойство, что у горных высот: там захватывает дух. Но сами ученые, как и горцы, испытывают это редко, гораздо реже, чем любопытствующие люди со стороны. Для ученых высоты знания — просто постоянное рабочее место, как для горцев альпийские луга — просто пастбища. Для тех и других соседство необозримых далей — вещь примелькавшаяся. Но дело не только в этом.

Там, где нашей дилетантской восторженности все представляется красивым, стройным, законченным, там перед глазами исследователей стоит совсем иная картина: одно еще вовсе не решено, другое вызывает сомнения, третье недостаточно обосновано, четвертое противоречит известным данным, пятое годами не дается в руки… В жизни каждого — воскресений в семь раз меньше, чем прочих дней недели. В работе ученого праздники — в сотни раз более редкая штука, чем тяготы упрямой работы.

Сравнивайте исследователей природы с разведчиками, строителями дорог, проходчиками шахт — сравнение окажется тем точнее, чем менее безоблачным будет его содержание.

Это верно вообще, а в науке об элементарных частицах — вдвойне верно: эта субатомная физика только еще создается. В похожем положении находилась сто лет назад древняя химия, когда она ждала появления Менделеева. Об этом сегодня охотно говорят сами ученые.

— Хочешь побывать на Алагезе? — сказал мне в Москве один литератор, издавна знавший Армению (потому и Ара-гад он назвал его старым именем — Алагез). — Прекрасно! Это гора очарований…

— …и разочарований! — добавил другой приятель, физик, давний мой университетский однокашник. — Но побывать тебе там надо. Это интересно. И важно. А для твоей цели, пожалуй, даже обязательно.

Однако при чем тут элементарные частицы, если физическая лаборатория на Арагаце занимается космическими лучами? Дело в том, что именно космические лучи оказались как бы заповедником элементарных частиц — прекрасной природной лабораторией, в которой многие из них были впервые открыты. И возможно, эти лучи еще не обнаружили перед учеными всех богатств своего состава.

5

Космические лучи прибывают на Землю после долгого и однообразного путешествия через пустынное безмолвие мирового пространства. Разумеется, Земля не цель их странствий (у природы целей нет!). Земля — только одно из небесных тел, лежащих на их пути. Они бороздят вселенную во всех направлениях, и нелепо было бы думать, что где-то существует единственный источник их рождения.

Слово «лучи» тут не совсем законно: с этим словом связывается представление о чем-то непрерывном и определенно направленном, а космические лучи — это потоки частиц материи, пронизывающих земную атмосферу со всех сторон. От солнечного света можно укрыться в тени; такая тень — ночь, всегда объемлющая половину земного шара. От космических лучей в этом смысле спрятаться негде, как в океане не уйти от воды. Они — тот космический Мировой океан разреженного вещества, сквозь бури и штили которого плывет наша маленькая Земля.

Там действительно бывают бури, а не только штили, хотя это вещество мировых глубин так разрежено, что в одном кубическом сантиметре межзвездного пространства нашей Галактики можно встретить в среднем не более одной частицы.

(В межгалактических просторах вещества еще меньше.) А какая это малость, легко понять из простого сравнения: в таком же кубике воздуха возле земной поверхности количество молекул измеряется числом с девятнадцатью нулями!

Казалось бы, залетные гости из космоса должны были бы всякий раз безнадежно затериваться в земной атмосфере. Они должны были бы навсегда оставаться неузнанными среди этого чудовищного скопления частиц газообразных земных веществ. И в самом деле, об их существовании ученые даже не подозревали до начала нашего века. Между тем для открытия космических лучей не понадобилось никаких особых приборов и никакой сверхтонкой изобретательности. Все было сделано с помощью старого доброго школьного электроскопа. И все-таки это открытие не могло быть совершено раньше. До него надо было дорасти. И не столько технике эксперимента, сколько самому исследовательскому духу ученых.

Надо было, чтобы мысль физиков была настроена на подходящую волну. «Духом приключений» назвал эту настройку Пьер Оже, чье имя можно встретить на страницах любого курса атомной физики (эффект Оже, электроны Оже, ливни Оже). Он имел в виду приключения в прямом смысле слова: полеты на воздушных шарах, путешествия в горы, блуждания по глубоким подземельям, погружения на дно озер… И вправду — без таких приключений исследования космических лучей были бы, наверное, безуспешны. Но готовность к риску и любым лишениям отличала исследователей природы и раньше. Дух приключений был свойствен им всегда. Однако всякий раз овладевал он ими всерьез лишь тогда, когда они уже ясно осознавали веления возникшей задачи и понимали: без приключений не обойтись!

Так было и с космическими лучами. Отправиться в горы и лезть под землю заставила ученых уверенность, что в атмосфере Земли есть какая-то всепроникающая радиация. Надо было в этом убедиться. Но сначала должна была зародиться самая мысль о возможности такой радиации! Вряд ли она пришла бы физикам на ум, если бы незадолго до того не были уже открыты рентгеновские лучи и радиоактивность. Первое произошло в 1895, второе — в 1896 году.

Вот что создало настройку на нужную волну. Вот что на сей раз пробудило вечный «дух приключений».

Открытие Вильгельмом Рентгеном невидимых лучей, для которых обычные непрозрачные тела оказались прозрачными, произвело на современников ни с чем не сравнимое впечатление. Еще никто не знал, что эти лучи совершенно подобны световым, но только обладают гораздо меньшей длиной волны. Еще никто не догадывался, что они возникают при торможении быстролетящих электронов вблизи атомных ядер. И происхождения радиоактивных излучений, открытых вскоре Анри Беккерелем, тоже никто еще не понимал. Еще ничего не было известно о строении атомов, об их наружных электронных оболочках и внутренних ядрах. Но всем было ясно одно — это микромир подает вести о себе! Началась новая эпоха в развитии физики.

Возникла «лучевая лихорадка». Одна за другой следовали — попытки открыть еще какие-нибудь лучи: Ученые жили надеждой уловить еще какие-нибудь зашифрованные сообщения из глубин вещества. Лучи Гретца, лучи Блондло, Эф-лучи… «После большего или меньшего периода оказывалось, однако, что лучи эти были плодом недоразумения или ошибок наблюдения», — так писал ученик Рентгена наш академик Абрам Федорович Иоффе.

В эту-то пору, на рубеже XIX и XX веков, физики обратили внимание на одно странное явление, замечательное только тем, что его невозможно было разумно объяснить: заряженный электроскоп с течением времени неизбежно сам разряжался! Нужно ли напоминать, что электроскоп — это два тонких металлических листочка на конце изолированной палочки; стоит подвести к листочкам электрический заряд — и их концы разойдутся, отталкиваясь друг от друга. А вереде, которая не проводит тока, разошедшиеся листочки не опадут: никто не будет снимать с них заряды, и сила отталкивания не станет убывать.

Заряженный электроскоп оставляли в герметически закупоренном сосуде, с нейтральными газами. Изоляция в электроскопе и герметичность сосуда были очень надежными. И тем не менее всякий раз обнаруживалось, что листочки понемногу опадают. Годилось единственное объяснение: в непроницаемом сосуде откуда-то появляются носители электричества — заряженные частички. Но откуда им взяться в нейтральном газе, да еще в сравнительно большом количестве?

Как обычно, все началось с простых вопросов.

6

Есть физические понятия, без расшифровки которых так же невозможно обойтись в рассказу об элементарных частицах, как, скажем, в разговоре об актерах без слова «сцена». Ионизация — одно из таких понятий. Это и впрямь та лабораторная сцена, на которой показываются из-за кулис и демонстрируют свои способности элементарные частицы. Не будь этого процесса — ионизации, ученые вряд ли хоть что-нибудь узнали бы об элементарных частицах.

Щелкающие счетчики в атомных институтах… Фотографии туманных следов в знаменитой камере Вильсона… Радиосигналы физических приборов на спутниках… Все это работает ионизация.

Наше минутное предположение, что процесса ионизации вдруг могло бы не быть, на редкость бессмысленно. Это все равно, что предположить на минуту, будто не существует самой окружающей нас природы, да и нас самих тоже. Мир без ионизации — это мир навсегда запечатанных атомов, между которыми почти невозможны взаимодействия, мир без подавляющего большинства химических превращений, без необходимого для живой жизни великого разнообразия сложных веществ. Бесплодный, невообразимый мир.

Очень давно уже было замечено, что нейтральные атомы легко превращаются в электрически заряженные ионы. Только физики не понимали, как это происходит. Фарадей, который в 30-х годах прошлого века ввел в науку это греческое слово «ион» — «странник», или «идущий», — не располагал никакими сведениями о строении атомов. А в их строении и было все дело. Они нейтральны, хотя и построены из заряженных частиц, потому что число минус-зарядов — электронов, вращающихся в атоме вокруг ядра, в точности равно числу плюс-зарядов — протонов в самом ядре.

Нужно только нарушить это равенство, чтобы атом тотчас превратился в заряженный ион. И на первый взгляд есть целых четыре способа сделать это: первые два — увеличить или уменьшить число протонов в ядре, другие два — уменьшить или увеличить число наружных электронов.

Но первые два способа не годятся. Совершенно не годятся! И не потому, что это очень трудная задача — выбить из ядра протоны или вогнать туда новые, а потому, что такая операция равносильна утрате самого атома, который нам хотелось бы превратить в ион.

Атомы разных химических элементов прежде всего тем и отличаются друг от друга, что в их ядрах заключены разные количества протонов. Есть три водорода: обыкновенный — протий, тяжелый — дейтерий, сверхтяжелый — тритий. Но все это — разновидности (изотопы) одного и того же химического элемента, потому что их ядра, содержащие только по одному протону, все имеют один и тот же заряд: + 1.

Изменить число протонов в ядре — это все равно, что превратить один элемент в другой!

А ионизация — процесс гораздо более скромный и гораздо более легкий: ионизированный водород остается водородом со всеми своими основными свойствами, гелий — гелием, а уран — ураном. Но если с атомными ядрами при ионизации не происходит решительно ничего, то, значит, что-то происходит с наружными электронами атомов?

Так остаются только два последних способа сделать атом заряженным: либо отодрать от его внешней оболочки один или несколько электронов, либо, напротив, присоединить еще новые. Другими словами: или хотя бы немного рассеять электронное облако, или сгустить.

7

Заметьте, какие глаголы приходится употреблять в разговоре об ионизации: «отодрать», «удалить», «присоединить», «сгустить»… Это все активные действия. При их совершении «происходит либо затрата энергии, либо ее выделение.

Если бы ионизация давалась даром, это было бы также безрадостно, как если бы она была невозможна.

В самом деле, это ведь означало бы, что все связи атомных электронов с ядрами ничего не стоят, что они попросту не существуют. Тогда мир предстал бы перед нами как скопление голых ядер или, напротив, ядер, окруженных густыми тучами электронов. Все зависело бы от чистого случая — от капризов механических столкновений частиц. Нечаянно возникали бы нелепейшие соединения элементов — возникали и тут же распадались бы. В конце концов мир превратился бы в однообразную мешанину ядер и электронов — в бесформенный электронно-ядерный газ. Тоскливое зрелище мира, в котором некому было бы тосковать…

А невозможность ионизации означала бы, что связи электронов с ядрами раз и навсегда нерушимы. Такая перспектива нисколько не отрадней. Атомы и вправду были бы тогда навечно запечатанными, крепко-накрепко засургученными, неизменяемыми. Они стали бы, наконец, оправдывать свое первородное прозвище — «неделимые». Но природе нечего было бы с ними делать. Мир превратился бы в почтовый ящик, набитый письмами, которые нельзя открыть и прочитать. Нелепый, недоступный даже воображению, гадательный мир…

Энергия ионизации не может быть нулевой — связи не существуют. И не может быть бесконечной — связи нерасторжимы. Все процессы в жизни природы конечны, кроме процесса самой этой жизни, не имеющей во времени и пространстве ни начала, ни конца.

Неизбежность затраты энергии на ионизацию атомов (кто, где и как расходует ее или получает, нам сейчас совершенно неважно) делает это событие в одних случаях возможным, а в других — нет. И так как всякий раз баланс энергии вполне определенен, ибо всякий раз вполне определенны связи, которые разрываются или воссоздаются, то в руках ученых оказывается надежный способ вести одну из бухгалтерских книг природы. Они записывают в ней, как сводятся концы с концами во множестве явлений микромира.

Так невидимые и неслышные события, к которым, казалось бы, и не подступиться с точными измерениями, вдруг становятся предметом строгого учета. А тогда неудивительно, что появляется возможность их «увидеть и услышать».

Здесь лежит исток нескончаемой серии открытий в мире элементарных частиц. Здесь исток и открытия настоящего природного заповедника этих частиц — космических лучей.

8

Листочки электроскопа сами опадали со временем. Кто-то стягивал с них заряды, или, как говорят ученые, нейтрализовал их. Это могли быть только заряженные ионы.

Значит, кто-то, пренебрегая непроницаемостью герметического сосуда, все-таки в него проникал и превращал нейтральные атомы газа в странников Фарадея.

Пронизывать стенки камеры с электроскопом способны были рентгеновские лучи и лучи радиоактивных элементов. Их энергии хватило бы и на проникновение внутрь камеры и на ионизацию газа.

Так, может быть, подумали физики, вблизи камеры действительно всякий раз ютятся какие-то неведомые источники этих лучей? Вместо того чтобы искать и устранять их, проще было окружить камеру толстыми свинцовыми экранами — достаточно толстыми, чтобы такие лучи поглотить.

Вообразите себе бегуна, пересекающего пустую площадь: его бегу никто не мешает. Так движутся лучи в вакууме: на их пути могут попасться лишь редкие прохожие — единичные частицы вещества. Но если площадь заполнена народом, бегун вынужден продираться сквозь толпу, расталкивая встречных и теряя на это силы. В конце концов он выдохнется и застрянет в толпе. Это случится тем раньше, чем гуще толпа. Так движутся лучи через вещество. Да при этом они бегуны с завязанными глазами: выбирать направление им не дано. Чем плотнее вещество, тем короче путь, на котором они успевают растратить всю свою энергию. Но этот путь все-таки тем длиннее, чем их первоначальная энергия больше.

Толща свинца поглощала рентгеновские и радиоактивные лучи. А электроскоп разряжался! Было над чем задуматься.

Сначала физики махнули рукой — «ошибки опыта». Но эти мнимые ошибки повторялись с такой регулярностью и однообразием, что досада физиков на несовершенство приборов вскоре сменилась острейшим любопытством. Возникла самая естественная для той поры мысль: существуют еще какие-то сверхпроникающие, сверхэнергичные лучи, для которых и толща свинца не преграда.

Что же они такое, эти дьявольские лучи? Как велика их чудовищная энергия? Откуда они приходят? Простые вопросы сменились сложными.

Поначалу новые предполагаемые лучи вовсе не считали космическими. Им приписывалось земное — почвенное — происхождение. Но отсюда немедленно следовал простой и легко проверяемый вывод: рождаясь в земной коре и пробиваясь сквозь толщу атмосферы снизу, они должны были терять энергию с высотой и все слабее ионизировать газ в замкнутой камере электроскопа. «Дух приключений» погнал ученых в горы — пешком, на лошадях, на машинах. И за облака — в зыбких гондолах воздушных шаров.

И вот тут-то оказалось, что все происходит так, словно небо и земля поменялись местами: с высотой электроскоп разряжался все быстрее, как если бы он не удалялся от источника лучей, а приближался к нему! В 1910 году австрийский физик Гесс, побывав на пятикилометровой высоте, впервые обоснованно высказал мысль, что это вовсе не земные, а «высотные лучи». Потом, уже после вынужденного бесплодья тяжелых лет первой мировой войны, когда большинству физиков пришлось заниматься не своим делом, немец Кольхерстер поднялся на аэростате до высоты в двенадцать километров и установил, что там, за облаками, ионизация в 30 раз сильнее, чем на уровне моря!

Стало несомненным, что всепроникающие лучи приходят к нам откуда-то из мировых глубин. Еще ничего не зная об их составе и повадках, кроме того, что энергия их по нашим земным масштабам огромна, физики с полным правом назвали их космическими. Так началась сорокалетняя история их всестороннего исследования. Она продолжается и сегодня. И будет продолжаться завтра, потому что никогда и ни о чем нельзя узнать всего или хотя бы достаточно много. И еще потому, что космические лучи интересуют всех.

Астрофизики и радиоастрономы ищут источники их происхождения. Радиотехникам и метеорологам важна их роль в ионизации земной атмосферы. Биологам и врачам нужно знать их действие на живую природу и человека. Неограниченный круг вопросов связан с космическими лучами, начиная с проблемы отклонения их в магнитном поле Земли и кончая статистикой раковых заболеваний.

Но нам нужно взглянуть на них только глазами физиков-ядерщиков. И даже еще ограниченней — глазами физиков-элементарщиков (правда, такого слова еще нет в обиходе, однако рано или поздно оно, наверное, появится, как появилось уже слово «ядерщик» вслед за словом «атомщик»).

9

К подземным и высокогорным лабораториям ныне присоединились космические лаборатории на спутниках. Там приборы имеют дело с космическими лучами как бы «в чистом виде», еще не успевшими претерпеть никаких злоключений на своем пути через воздушный океан, окружающий Землю.

В этих первичных космических лучах были обнаружены ядра едва ли не всех устойчивых элементов. И можно говорить просто о химическом составе первичных лучей. Этот состав только приблизительно отражает относительную распространенность разных элементов во всей видимой вселенной вокруг нас. Чем тяжелее ядра, тем реже они попадаются. Ядер обыкновенного водорода — протонов — подавляюще много. Заметно меньше альфа-частиц — ядер следующего легкого элемента — гелия. Еще меньше ядер углерода, азота, кислорода, железа… Отступления от «нормы» — например, «слишком большой» процент лития, бериллия, бора — наводят физиков на интересные размышления о ядерных реакциях в мировом пространстве, в результате которых возникает, очевидно, «избыток» этих элементов. Такие отступления от ожидаемого помогают ученым строить гипотезы о происхождении космического излучения.

Однако оставим первичные лучи, оставим атомные ядра. Истинным заповедником элементарных частиц, где многие из них были впервые открыты, оказались вторичные космические лучи — те, что образуются в земной атмосфере, когда кончаются странствия первичных, прокладывающих себе путь сквозь толпу крупинок атмосферного вещества.

По справедливости эти вторичные лучи уже нельзя называть космическими. Они вполне земного происхождения. Не будь атмосферы — не было бы и этих лучей: первичным частицам из космоса не с кем было бы сталкиваться в пути. Но, с другой-то стороны, не будь первичных луней, не врывайся они к нам из недр мирового пространства, откуда взялись бы в земной атмосфере частицы колоссальных энергий? А именно такие, разогнанные до громадных скоростей частицы способны акт простого столкновения с веществом превращать в чудо рождения новых частиц. У лучей вторичных как бы двойное подданство: и космическое и земное. Космос дает бьющий молот, Земля — наковальню, искры — вторичные лучи.

В наши дни физики взяли на себя роль самого космоса, создавая искусственные земные ускорители заряженных частиц. Замечательно, что они решились на это, вовсе не зная доподлинно того способа, каким во вселенной ускоряются протоны и другие ядра: окончательного ответа на этот вопрос нет до сих пор.

Первичные космические лучи похожи на стремительный, но редкий дождь. Вторичные — подобны ливням. Это слово ввел в научный обиход английский физик Патрик Блэккет в начале 30-х годов. Но крестным отцом вторичных лучей мог бы еще раньше стать наш академик Д. В. Скобельцын, За четыре года до Блэккета он впервые сфотографировал следы вторичных частиц в туманной камере Вильсона. Скобельцын работал тогда вместе с Пьером Оже, который позже в своей книге остроумно заметил, что в названии «ливни» отразилось английское происхождение этого термина — «он очень подходит к дождливой Англии». «В солнечной Франции, стране земледелия, — добавил Оже, — мы называем пучки одновременно появляющихся частиц снопами». Русский физик мог бы назвать их и ливнями, и снопами, и метелью, и падающими звездами: в необъятной России хватило бы привычных явлений природы на любой вкус.

Советские физики уже тридцать с лишним лет неустанно изучают космические лучи — и первичные и вторичные. Лаборатория на Арагаце — один из центров этой большой научной работы. Мы могли бы совершить экскурсию в любой из них. Почему же любопытство привело нас на Арагац?

Горы… 3 250 метров… Облака… Дикие камни… Необжитые места… Словом, «дух приключений». Но все-таки не это главное.

Арагацкая станция — единственная в своем роде: долгие годы она непрерывно занималась изучением именно состава космических лучей. Там эти лучи привлекали к себе внимание и надежды физиков, прежде всего как природная лаборатория, в которой могли быть открыты многие элементарные частицы материи. С Арагацем, горой очарований и горой разочарований, связана полная драматизма глава в истории таких открытий. Этот драматизм научных исканий стоит понять и оценить.

Очарования и разочарования толпятся в истории любой науки. Почему бы должна была или могла избежать их наука, изучающая самое малое и неуловимое из всего, что известно в природе?

 

Глава вторая

Дорога в город без прошлого. — Откуда этот всеобщий интерес? — Поиски верных сравнений. — Странная пустота. — Вещество и поля. — «Вы должны это обязательно вспомнить!» — Ядерная праща, готовая к бою. — Вместо опасного приручения молний. — В городе сосредоточенности. — Так уж устроен человек — В Дубне создаются «первоосновы материи».

1

А еще раньше — на исходе зимы — мне посчастливилось ехать в подмосковный город Дубну ради той же неодолимой охоты:, посмотреть, как незримое и неслышное становится явным.

Машина летела безупречным асфальтом. Шоссе прорезало древнейшие земли России: из восьмисотлетней Москвы старинной дорогой мы ехали в направлении Дмитрова, который еще старше столицы.

Над белой равниной земли покоилась белесая равнина неба. Снег еще лежал в полях: ранний апрель под Москвою — пора вполне еще зимняя. Но в пейзаже этого робкого неюжного апреля темного было не меньше, чем светлого: так застроено Подмосковье. Темными были не только леса за полями и деревни в полях. Чернели дальние силуэты фабричных труб и смутные очертания старинных монастырей. Темными башнями поднимались над равниной шлюзовые сооружения канала имени Москвы. Старина затерялась в современности. Но и в том, что принадлежало ей, и в том, что принадлежало нашим дням, все было земным, привычным для глаза.

И природа, обступавшая асфальт, не поражала своей громадностью и не страшила неприступностью. Напротив, была она смирной, домашней, издавна и навсегда обжитой.

Тут бы и настроению быть обыденным и послушным. Но нет, оно и здесь было чуть-чуть торжественным и окрыленным. Отчего? Да все оттого же: от предчувствия встречи с теми высотами, на которых захватывает дух.

Стариннейшая трасса вела теперь к одному из самых молодых городов мира. Еще дома я посмотрел карту Подмосковья. На ней не значилось этого города. Но лесистый остров, окруженный водами Волги, Сестры, Дубны и канала, нетрудно было найти. И вот я увидел: на востоке от этого острова — Талдом, на юге — Вербилки и Дмитров, на западе — Конаково и Юрьево-Девичье, на севере — Кимры. Все места, хорошо оснащенные прошлым, смутно памятные по истории или известные мастерством своих стародавних умельцев. От них исходил книжный запах старины. И как-то безотчетно веселила мысль, что в самой середине круга, очерченного этой старой стариной, в сказочном сосновом бору, да еще на острове, живет город, у которого, в сущности, нет прошлого, а есть только будущее.

В наши дни, когда даже полюса Земли становятся обитаемыми, прославиться в географии новизной и молодостью довольно трудно. А молодой Дубне это удалось. Интерес к этому городу ядерной физики ныне уже всеобщий.

Откуда же он берется?

2

Фотографии крупнейшего в мире ускорителя заряженных частиц обошли все газеты и все журналы обоих полушарий. Машина, которая не производит ни грамма материальных ценностей, стала более знаменитой, чем самые производительные заводы. Наконец, она стала знаменитой еще до того, как действительно начала работать. Так неужели тут все дело в размерах — в превосходной степени: «ускоритель крупнейший»?

Конечно, это в свойствах нашей натуры — удивляться всему самому большому или самому малому, самому наидревнейшему или самому новому — «самому» вообще!.. Сравнительно недавно одна пивоваренная фирма, ирландская по происхождению, но мировая по распространенности своих агентств, проявила редкую рекламную находчивость: для пользы тех, кто за кружкой пива готов спорить часами о всякой всячине, фирма выпустила солидный справочник — «Превосходная степень». У кого была самая длинная борода? (У одного канадского лесоруба — 3 метра с лишним.) Самая короткая фамилия… Самая мощная гидростанция… Что угодно — лишь бы «самое»!

Книга увлекательна. И невольно начинаешь думать, что тут понята одна из истинных потребностей человека. Жизнь каждого ограничена во времени, а тело — в пространстве. И само наше физическое бытие протекает в мире устойчивых средних норм. Но сознание, делающее человека человеком, рвется из этих пут ограниченности. Безыменные авторы сказок и мифов втайне чувствовали это. Творчество сложнее удивления, но наверняка удивление — одно из его начал. Удивление — это самый простой и легкий выход за пределы привычного, среднего, устоявшегося. И, как улыбка, оно свойственно, наверное, только человеку.

В справочнике «Превосходная степень» есть и самый большой ускоритель в мире — 10-миллиардный синхрофазотрон в Дубне. Конечно, трехметровая борода канадца тоже вещь, достойная удивления: 36 лет человек совершал подвиг терпения и нечистоплотности. Но гибкость научной мысли и громадность инженерного замысла как-то предпочтительнее, не правда ли?

И вот что еще приходит в голову. Рекламе нужно завоевывать сердца обыкновенных людей всего мира. Так, значит, издатели занятной подсказки для спорщиков были уверены, что сегодня в любом уголке земного шара, в портовом кабачке или в придорожной таверне, запросто может возникнуть спор: «А какой ускоритель самый большой на земле?»

Вот это действительно достойно внимания!

Машина в Дубне сразу стала знаменитой не от одного того, что она крупнейшая, но оттого, что она ускоритель атомных частиц. Как бы слабо ни представляли себе многие люди, что такое ускоритель и для чего он нужен, все — без исключения! — хорошо знают, что это машина, на которой нечто важное делают ученые-атомники. А с их работой связался и самый глубокий «атомный пессимизм» нашего века и самый безудержный «атомный оптимизм» современного технического прогресса. Этот пессимизм и этот оптимизм ведут между собою сегодня, исторический спор.

Всеобщий интерес к Дубне — это отражение всечеловеческого интереса к будущему науки, ставшей такой реальной — опасной и обнадеживающей! — силой истории. Вот в чем все дело.

3

С чем только не сравнивали ускорители, чтобы сделать для всех понятным принцип их устройства! С каруселью, с граммофонной пластинкой, с цирковой ареной, с пращой.

Американский физик Ральф Лэпп предложил читателю вообразить себе мальчика на карусели, который снова и снова проносится мимо зрителя и каждый раз, вытягивая руку, выхватывает из кармана своей жертвы стодолларовую бумажку, пока не становится миллионером. «Случай совершенно невероятный!» — замечает в скобках Лэпп. «Сравнение, мало что объясняющее», — можно бы добавить. Но сравнения вовсе и не призваны служить объяснениями. Маленький грабитель Лэппа и его зазевавшийся зритель-богач — это шутливая иллюстрация, а не серьезный чертеж. Так две куклы могли бы разыграть у Образцова сценку «На ускорителе».

В дни первой Женевской конференции по мирному атому, когда люди во всех странах так хотели знать, о чем разговаривают там ученые, один из главных создателей машины в Дубне, академик В. И. Векслер, подыскивал вместе с писателем Вл. Орловым какое-нибудь житейски понятное уподобление для ускорителя. Тогда, в 1955 году, впервые были во всеуслышание объявлены данные о дубенском гиганте: энергия ускоренных частиц — 10 миллиардов электроновольт, диаметр дорожки — 60 метров, вес магнита — 36 тысяч тонн. Но Векслер и его собеседник искали сравнение не для масштабов синхрофазотрона и не для принципиальных особенностей его конструкции, а только для общей идеи — самой общей идеи — устройства таких машин.

Они остановились на образе арены в цирке или манеже. По кругу бежит лошадь, а в центре стоит тренер с бичом. Удар бича — и лошадь припускается быстрее. Пройден круг, новый удар бича — новое прибавление скорости. Это повторяется вновь и вновь, пока лошадь не станет бежать с нужной быстротой.

Конечно, и бедняга лошадь и неумолимый тренер тоже только иллюстрация, но она естественней выдумки Лэппа.

А яснее всего, пожалуй, сравнение с пращой. Этим первобытным оружием до сих пор пользуются охотники в отдаленных уголках Азии, Африки, Австралии. Длинный прочный жгут из кожи. Посредине — уширение. Туда закладывается камень, жгут сгибается пополам, оба его конца охотник зажимает в руке. Потом, вскинув пращу над головой, охотник начинает раскручивать ее толчками, от оборота к обороту, все быстрей и быстрей. Камень рвется наружу, но жгут его держит, а праща все набирает скорость. Наконец в долгожданный момент охотник отпускает один из концов жгута, и камень срывается с кругового пути, чтобы в полете по касательной со страшной силой поразить отдаленную цель.

Легко заметить во всех этих сравнениях по крайней мере три общие черты. Во-первых, нечто движется по кругу: мальчик, лошадь, камень. Во-вторых, это нечто по дороге чем-то обогащается: мальчик — деньгами, лошадь и камень — скоростью. В-третьих, такое обогащение происходит не на всем пути, а в определенные моменты, сравнительно небольшими порциями: мальчик хватает по сто долларов, поравнявшись с зевакой, и, чтобы стать миллионером, ему надо повторить свою проделку не меньше десяти тысяч раз; лошадь ускоряет бег, когда раздается удар бича; камень убыстряет вращение от чередующихся толчков руки.

И вот — ускоритель.

4

В нем вращаются электрически заряженные частицы. Это могут быть отрицательные электроны или положительные протоны, ионы или атомные ядра. Но это не могут быть атомы — они нейтральны.

Итак, заряженные тельца играют в ускорителе роль мальчика на карусели, лошади на манеже, камня в праще. А то, чем они обогащаются на своем круговом пути, — это энергия движения. И, разумеется, должен существовать источник, который снабжает их ею?

В ускорителях типа дубенского гиганта частицы летят внутри кольцевой камеры. Ее часто сравнивают с баранкой, но баранка слишком толста для сравнения. Такая камера гораздо больше похожа на тонкую велосипедную шину. Правда, на таких шинах мог бы разъезжать только мальчишка-великан, ростом с Шаболовскую мачту, но и для баранки подобающего размера нужен был бы едок, если позволительно так выразиться, с аппетитом в Эйфелеву башню.

К камере ускорителя присосалось множество высокосовершенных насосов. Они откачивают из нее все газы: с пути частиц убираются по возможности какие бы то ни было препятствия. Частицы летят в пустоте.

Но если вдуматься, то какими же странными свойствами отличается эта пустота! Ведь там, где ничего нет, ничто не должно было бы происходить. А между тем в пустой камере ускорителя с летящими частицами происходят по крайней мере две вещи: что-то невидимое регулярно подхлестывает их, заставляя двигаться все быстрее, и что-то, тоже невидимое, все время держит их на привязи, принуждая частицы лететь по кругу и мешая им врезаться в стенки камеры.

Стало быть, камера не так уж пуста? Несомненно. Верно, что в ней нет посторонних крупиц вещества или почти нет, — это зависит от совершенства откачивающих насосов. Но в камере есть нечто, чего нельзя откачать никакими механическими насосами. Больше того, это нечто в нее все время «накачивается», но тоже отнюдь не механическим способом.

5

Материя, образующая вселенную, существует не только в виде вещества. Свет или радиоволны не вещественны, но они материальны. Если бы они были ничто, разве нужно было бы тратить что-то для их создания? Зачем электростанции пожирали бы уголь, а старинные фонари — масло?

Погружаясь в мир элементарных частиц, видишь, как там запросто происходят чудеса: крупицы вещества нацело — без остатка — превращаются в излучение. Конечно, такие события кажутся поразительными, однако что же в них чудесного? Исчезает вещество, но не материя! Происходит только превращение одного ее вида в другой, а в таких превращениях нет решительно ничего невозможного, ничего сверхъестественного, никакой чертовщины. Право же, нет ничего обычнее: вечные превращения — это сама жизнь природы.

Рядом с веществом, или, лучше сказать, вместе с веществом, пространство заполняют силовые поля. Поле сил тяготения, электромагнитное поле, поле ядерных сил… Почему — силовые? Почему — поля?

А почему — вещество? Очевидно, потому, что из этого вида материи природа лепит вещи — тела, более или менее четко ограниченные в пространстве. С успехом подражая природе, это делает из вещества и человек. Материя в другом своем проявлении для такой цели не пригодна: из радиоволн или полей тяготения сделать вещи нельзя — они, как само пространство, собственных границ не имеют.

Конечно, физики не разговаривают о веществе и полях в таких вольных и нестрогих выражениях. Но происхождение большинства научных понятий — вольное и нестрогое. Наш звездный остров в океане вселенной астрономы называют Галактикой. Какое ученое слово! А по-гречески «галактикос» — всего только «молочный». Вовсе не астрономы назвали звездный путь, белеющий над нами в ночи, Млечным Путем. Но они приняли этот образ в свой специальный словарь. И причина была единственной — просто похоже, очень похоже. И «ливни», или «снопы» космических частиц, — тоже очень похоже. Вот так и «поля»: очень похоже! Превращение поэтической метафоры в научный термин — не исключение, а правило. И, может быть, в этом проявляются черты родства поэзии и науки — то их общее свойство, что они — разные формы человеческого познания реальности.

Пространство вокруг Земли, вокруг звезд, вокруг любых крупиц вещества, как плодородное поле, возделано природой и засеяно тяготением. И на этом безграничном поле нет ни межей, ни пустующих до времени паров, ни целины — возделано все: всюду совершен самим веществом посев той материальной сущности, которая называется гравитацией по-латыни и тяготением по-русски.

Пустого пространства нет. Нет и пустого времени. Материальный мир наполняет своим существованием время так же, как и пространство. Да и правильно ли говорить — наполняет? Можно подумать, что кто-то когда-то построил для материи дом, повесил на стену часы и пригласил ее в этот дом на постоянное жительство. Сегодня даже папа римский не обрадовался бы такой идее. Даже школьники решили бы, что это пустяки — неинтересная сказка для пеленашек.

Свой дом — вселенную — вещество и поля строят сами. Пространство и время — вовсе не внешние формы существования материи. Она диктует им их свойства. Эйнштейн открыл это, показав, что нет однородного пространства-времени, общего для всей вселенной.

Как все материальное, поля могут содержать больше или меньше материи: подобно веществу, они могут быть разной плотности в разных местах, и плотность эта может меняться со временем. Но во всех случаях поля оказывают величайшую услугу крупицам вещества: они уничтожают пустоту между ними, они связывают эти крупицы друг с другом, позволяют им взаимодействовать между собой. Потому-то поля и были названы силовыми.

Как одиноки и беспомощны были бы частицы вещества, не будь на свете силовых полей! Их существование стало бы невозможным, а мир, из них состоящий, нельзя было бы даже вообразить. Без полей тяготения ничто не связывало бы звезды в галактики, а само вещество — в звезды. Не было бы ни солнечной системы, ни самого Солнца, ни планет, ни нашей маленькой и славной Земли. Все тела вообще перестали бы быть, потому что без электрических и магнитных полей ничто не связывало бы атомы в молекулы, а электроны и ядра — в атомы. Не было бы и атомных ядер: отсутствие поля ядерных сил сделало бы все протоны и нейтроны совершенно свободными. Но эта свобода была бы постылой: ядерные частицы не могли бы ни на что ее употребить, кроме как на однообразный полет по инерции. А если уж говорить всерьез, то и сами ядерные частицы так же, как и электроны, прекратили бы самостоятельное существование: ведь то, из чего они каким-то образом построены, держится вместе тоже благодаря неким силовым полям. И если бы не было никаких полей, не было бы и этой связи.

Продолжая так рассуждать и дальше, мы пришли бы к единственно возможному выводу: без полей было бы немыслимо существование никаких, даже самомалейших, крупиц вещества, потому что ничто не связывало бы материю в те образования, которые мы называем физическими телами, крупицами или частицами. Так что же получается? Предположив, что нет полей, мы приходим к заключению, что нет и вещества. Но если нет вещества и нет полей, то нет самой материи, ничего нет: нет вселенной, нет ни времени, ни пространства.

Даже самый одичавший философ-солипсист не рискнул бы согласиться с этим, потому что это означало бы, что и его самого тоже нет — просто нет! Но так как мир все-таки есть, и есть даже те, кто отрицает его всепроникающую материальную сущность, то есть и поля как необходимая форма бытия материи. А вот ясных и жестких границ между полями и веществом действительно нет. Они переходят друг в друга. И, может быть, частицы вещества только сгустки полей? Или, может быть… Но остановимся.

Жаль расставаться с этой, может быть, главнейшей в физике темой, однако надо вернуться к ускорителю и заглянуть в пустоту его камеры. Из-за этой мнимой пустоты и затеялся весь разговор.

6

Человек научился подчинять себе не только вещество, но и поля. Власть над веществом очевидна. Все сделанное человеческими руками, начиная от каменного топора и кончая спутниками, — выражение этой власти. А власть над полями? Так же ли ясны и бесспорны ее проявления?

Да, и они даже не менее древни. Первый камень, умело запущенный из пращи в далекого зверя, засвидетельствовал, что человек поставил себе на службу поле тяготения Земли. Первый костер, зажженный в пещере, чтобы осветить ее углы или обогреть ее как место ночлега, был проявлением такой же неосознанной власти человека над электромагнитным полем светового и теплового излучения.

Разумеется, поначалу эта власть была такой же призрачной, как господство человека над морской стихией, когда, едва научившись плавать, он не тонет, а держится на воде. Она и сегодня, эта власть над полями, далека от мечтаний фантастов.

Польский писатель Станислав Лемм вообразил машину, создающую столь могучее поле тяготения, что в нем световые лучи изгибаются в дугу окружности и человек, попадая в поле этой машины, становится издали невидимым: отраженные от него лучи, закругляясь, не могут дойти даже до близкого наблюдателя. Мечта занятная. Однако Лемм не смог бы обмолвиться и намеком на то, как ее осуществить.

Но машины, в которых создаются и работают электромагнитные поля, человек уже и сегодня строит с замечательной изобретательностью и высоким совершенством. Дубенский синхрофазотрон — одна из таких современных машин.

Из камеры ускорителя выкачивается вещество, чтобы энергия ускоряемых частиц не растрачивалась попусту в столкновениях с частицами посторонними. А «накачиваются» в камеру поля: на двух небольших участках — поле электрическое, на всем остальном круговом пути заряженного потока — магнитное поле.

Если продолжать сравнение с велосипедной шиной, то можно бы сказать, что участки электрического поля внешне подобны пояскам из резины другого цвета, какие наклеивают ребята на камеры в местах проколов. Эти пояски на языке электротехники называются ускоряющими контурами. Они расположены на противоположных концах одного диаметра, так что каждые полкруга частицы получают новую порцию энергии. Эти-то участки электрического поля играют в ускорителе роль богатого зеваки, транжирящего доллары, роль подхлестывающего бича или толкающей руки.

Именно потому, что снабжать ускоряемые частицы энергией призвано электрическое поле, они, эти частицы, обязательно должны быть заряженными. Но что это значит — быть заряженными?

Помните анекдот о студенте, которого профессор спросил, что такое электричество? «Ах, черт возьми, забыл! А ведь еще утром знал…» — ответил студент. «Вы должны обязательно вспомнить это, — сказал профессор. — А то был на свете один человек, который знал, что такое электричество, да и тот забыл!»

Этот старый анекдот не стареет. Сегодня наука об электрических явлениях — толстенные тома премудрости, это нервная система современной техники. Но простой вопрос — что такое электрический заряд? — остается без ответа. Как он «выглядит» — никто не знает.

«Я попрошу вас выслушать ответ экспериментатора на основной и часто предлагаемый вопрос: что такое электричество? Ответ этот наивен, но вместе с тем прост и определенен. Экспериментатор констатирует прежде всего, что о последней сущности электричества он не знает ничего», — так говорил в своей нобелевской речи знаменитый Роберт Милликэн, взвесивший электрон. А теоретик Герман Вейль сказал однажды: «…различие между обоими видами электричества представляет собою еще более глубокую загадку природы, нежели различие между прошлым и будущим».

Можно только одно сказать совершенно безошибочно: быть заряженным — значит создавать вокруг себя и нести с собою в пространстве электрическое поле.

Все взаимодействия в природе осуществляются, видимо, с помощью полей. У заряженных частиц есть собственное электрическое поле, и, очевидно, потому на них может действовать поле внешнее. В двух местах оно накачивается в камеру ускорителя своеобразными насосами — машинами, которые вырабатывают переменный ток высокой частоты. Этот ток и приносит с собою к пояскам ускорения нужное электрическое поле, а вместе с ним и нужную энергию.

7

Что же происходит с частицами на участках ускорения? Да примерно то же, что с камешками при горном обвале, когда они приобретают, падая вниз, тем большую скорость, чем выше гора. «Высота падения» в электрическом поле может быть измерена в разных единицах, но проще всего измерять ее в вольтах. К концу падения с высоты в 127 или 220 вольт каждый электрон приобретает энергию в 127 или 220 электроновольт. За счет этой-то энергии электроны, бегущие по проводам в наших домах, совершают свою полезную работу — накаляют нити в лампочках или спирали в электроплитках, питают радиоприемники или электромоторчики холодильников.

В камере ускорителя электрические горы (этот образ принадлежит покойному ученому и писателю Г. И. Бабату) гораздо выше, чем в нашей электросети. Дважды за время одного оборота частицы попадают на крутые электрические спуски, каждое «падение» с которых увеличивает энергию частиц на тысячу электроновольт. На 2 тысячи — за полный оборот, на 2 миллиарда — за миллион оборотов. И, наконец, энергия частиц достигает 10 миллиардов электроновольт после того, как они прокружились по кольцевой дорожке камеры 5 миллионов раз, совершив 10 миллионов падений.

А длина этой дорожки примерно 200 метров. За 5 миллионов оборотов частицы пролетают миллион километров. Это 25 кругосветных путешествий по экватору. Далекий путь. Сколько же времени должен он отнимать у частиц? Как долго вынуждены физики ждать того момента, когда впрыснутые в камеру частицы приобретут, наконец, нужную энергию?

Скорость спутников по земным масштабам кажется нам громадной — 8 километров в секунду. Обладай такою скоростью частицы в ускорителе, им на миллион километров пути понадобилось бы 125 тысяч секунд — более 2 тысяч минут — 34 часа. Ускоритель был бы пращой, которая стреляет один раз на протяжении полутора суток. С такой пращой нечего было бы и думать об успешной охоте. Но скорости, которые в мире больших тел представляются колоссальными, в мире элементарных телец показались бы совершенно ничтожными.

Восемь километров в секунду? Какие пустяки!

Когда спутник выходит на орбиту с этой поражающей наше воображение скоростью, на долю каждого грамма его вещества приходится действительно грандиозная величина — 10 с двадцатью четырьмя нулями, или триллион триллионов электроновольт энергии. Но ведь в каждом грамме примерно столько же, триллион триллионов, ядерных частиц — протонов и нейтронов. И вот получается, что полет даже с космической скоростью спутника сообщает каждой ядерной частице всего около одного электроновольта энергии. Нищенская порция, с точки зрения микромира.

В дубенском ускорителе протоны выходят из камеры настоящими миллиардерами. И потому в отличие от спутников они летят со скоростями, очень близкими к световой, преодолевая примерно 300 тысяч километров в секунду. Космический корабль, запущенный с такою скоростью, немедленно перестал бы быть спутником Земли: через секунду с небольшим он миновал бы Луну, через восемь с лишним минут покинул бы солнечную систему, а через четыре года уже подлетал бы к альфе Центавра — ближайшей к нам звезде, став первым галактическим кораблем. Однако мечты о таких скоростях осуществимы пока только в мире мельчайших крупиц вещества, где космические кораблики так малы, так легки, что в однограммовый кулечек их можно насыпать триллионы триллионов штук! Оттого-то, что они так невесомы, их удается разогнать почти до скорости света — до самой большой из возможных в природе физических скоростей.

Исчезающая малость размеров и масс в сочетании с невообразимо громадными скоростями делает мир элементарных частиц совсем не похожим на тяжелый и медленный мир земных вещей, среди которых живем и движемся мы, люди.

Весь путь в миллион километров — все 25 кругосветных путешествий по камере ускорителя — протоны совершают не за 34 часа, а за три секунды с третью. Синхрофазотрон в Дубне — ядерная праща, всегда готовая к бою.

8

На этом можно бы пока и остановиться, но нужно еще заполнить один зияющий пробел: не было сказано ни слова о том магнитном поле, которое рядом с электрическим заполняет камеру ускорителя. Ведь только на двух небольших участках частицы ускоряются, скатываясь с электрического спуска, а весь остальной их путь по камере пролегает в поле магнитном. Зачем же оно нужно? Зачем нужен круговой магнит весом в 36 тысяч тонн, который, как ребристая покрышка на колесе тяжеленного самосвала, плотно облегает тонкую велосипедную камеру ускорителя?

Он играет роль той карусели, на которой кружится безнравственный мальчик, таскающий доллары; роль той круглой загородки на арене, которая принуждает лошадь бежать по кругу; роль самой пращи, которая крепко держит камень, не давая ему преждевременно сорваться с кругового пути. Магнитное поле держит заряженные частицы на привязи; электрическое — гонит их вперед, а магнитное — все время заворачивает. Без него частицы немедленно врезались бы в стенку камеры, и тогда все усилия пропали бы даром — частицы сгинули бы бесследно! Магнитное поле не обогащает протоны энергией, но оно заставляет их каждые полкруга возвращаться к источникам ускорения — к пояскам электрического поля. Без магнита круговой ускоритель невозможен.

Когда впервые узнаешь об этом скромном предназначении уникальной громады дубенского магнита, срывается с языка вопрос — а зачем гонять заряженные частицы по кругу? Разве нельзя устроить так, чтобы они просто падали по прямой с высоченной электрической горы и к концу такого прямолинейного падения приобретали нужное ускорение?

Физик тотчас соглашается, что это совершенно правильная идея. Вся трудность в том, что для этого нужно было бы соорудить гору «высотою» в 10 миллиардов вольт. Другими словами, надо было бы создать электрическое поле в тысячу раз более сильное, чем поля в грозовых облаках, вызывающие разряды молний. Это была бы игра со сверхчудовищными грозами. Но нетрудно догадаться, что и этот опасный путь был все-таки испробован физиками, которых ничто и никогда не могло устрашить. «Дух приключений»!

В журналах тридцатилетней давности можно найти сообщения о попытках ученых приручить атмосферные электрические поля в горах для ускорения протонов. Трагическое в истории науки постоянно соседствует с героическим. При одном из таких опытов в Альпах был убит физик Курт Урбан.

Но дело не в опасностях, а в том, что другой путь создания частиц высоких энергий — космических частиц на Земле — оказался перспективней. Этот путь уже нам знаком: не сразу, а порциями увеличивать энергию частиц. Можно сделать так, чтобы они не падали прямо со всей высоченной электрической горы, а спускались как бы по лестнице, со ступеньки на ступеньку, понемногу наращивая энергию на длинном пути. Такие, правда не очень мощные, линейные ускорители есть во многих лабораториях. Да и в самой Дубне протоны сначала разгоняют до 8 миллионов электроновольт в прямой трубе, а потом только впрыскивают в круговую камеру. Но теперь уже и на таких линейных ускорителях (начинают получать частицы-миллиардерши. Известный физик Панофский сооружает в Америке подобную машину для ускорения электронов — она будет иметь в длину примерно две мили.

А можно поступать по-другому: можно ускорять частицы, не спуская их с чудовищно длинной лестницы, но сотни, тысячи, миллионы раз возвращая их к скромному источнику энергии — к электрическому полю сравнительно небольшого напряжения. А возвращать частицы к одному и тому же месту естественней всего вращением. Вот тут-то и пригодились свойства магнитного поля.

Дело в том, что заряженные частицы в движении отличаются от заряженных частиц в покое. И отличаются очень важной чертой: движущиеся заряды создают вокруг себя не только электрическое, но и магнитное силовое поле. А раз так — они могут взаимодействовать с магнитом. Магнитное поле — ловушка для таких частиц: оно старается не выпустить их за свои пределы.

Поле кольцевого магнита заставляет частицы лететь по кругу. Но чем быстрее летят они, тем труднее справиться с ними магнитному полю, тем сильнее оно должно быть. Оттого так огромен Дубенский магнит. Оттого он устроен таким образом, что по мере нарастания скорости частиц и магнитное поле все нарастает. Оно как бы и впрямь накачивается в пустоту ускорительной камеры. А своеобразным насосом для этой цели и служит магнит весом в 36 тысяч тонн.

9

Покачиваясь в машине, летевшей к Дубне по безупречному асфальту, мы разговаривали о том, что нам предстояло увидеть, тоном хорошо осведомленных людей. Это обычный грех новичков, впервые едущих в места знаменитые. Именно оттого, что впереди места знаменитые, каждый о них уже что-то слышал, что-то читал, где-то видел какие-то снимки. Труднее всего сознаться, что едешь туда впервые. Маленькое самолюбие. Одно утешает, что его не лишены и твои соседи по машине. И вот начинается околесица.

— Это похоже на храм! Знаете, такой настоящий, круглый, громадный храм.

— Да ничего подобного! Это похоже на цирк — знаете, такой настоящий, круглый!

— Ну, что за вздор! Изнутри по крайней мере это больше всего напоминает машинное отделение океанского корабля. Знаете, такого настоящего, большого, океанского.

В конце концов все начинают смеяться. И вправду, согласитесь, если в течение минуты три очевидца стараются перещеголять друг друга, сравнивая то, чего они воочию еще не видели, с первыми попавшимися им на язык вещами, «большими, настоящими, круглыми», то воображение отказывается служить вам.

Слушая споры соседей по машине и сам норовя от них не отстать, я все думал: а почему мы, собственно, не можем никак сойтись ни на одном сравнении? Не потому ли, что гигантский синхрофазотрон Дубны в действительности просто не похож ни на что другое, виденное нами доселе?

Есть вещи как бы первоначальные, создающие новые представления. Их трудно уподоблять вещам, уже ставшим обиходными в опыте прежних поколений. Конструкции таких первоначальных вещей, их масштабы, их формы продиктованы новыми нуждами, новыми целями, новыми идеями. И потому для них так легко подыскиваются сравнения смысловые: едва пополз первый трактор, как его окрестили «стальным конем», едва взлетел первый самолет, как поэты заговорили о «стальных птицах». И если ускоритель назвать «атомной пращой», по смыслу все будет правильно. Но сходства с реальностью тут будет так же мало, как в сравнении подводных лодок с населением морских глубин — с акулами или с чем-нибудь в этом роде.

Машина шла заснеженным сосновым бором, когда мы неожиданно обнаружили, что едем уже по городу. Улицы Дубны — лесные просеки. Площади — лесные поляны. И господствующие звуки — лесная тишина. Такими, наверное, будут города будущего.

Дубна — город сосредоточенности. Вот первое ощущение человека со стороны. И вряд ли оно обманчиво.

Мы молча пересекали этот город сосредоточенности, чтобы не пропустить той минуты, когда замерцает сквозь древесные стволы так хорошо знакомое нам по фотографиям, единственное в своем роде здание десятимиллиардного ускорителя. Вот он сейчас покажется, этот храм, этот корабль, этот цирк. И когда он появился наконец, сразу стало ясно, что все спорщики были правы в одном — это было нечто действительно большое, круглое и настоящее. Очень большое! Очень круглое! И очень, очень настоящее! Этот корабль был явно предназначен для великого плавания.

10

Я начал с того, что мы ехали в Дубну, как и на высокогорную станцию космических лучей, дабы посмотреть, как незримое и неслышное становится явным. Это верно, но все-таки влекло нас в Дубну и еще кое-что. В космических лучах многие элементарные частицы материи были впервые открыты. На мощных ускорителях многие из них были впервые созданы.

Созданы? Не описка ли это?

Нет, не описка, и не преувеличение, и даже не литературная вольность. Это вполне строгий научный термин — смысл его прям и точен.

Вот нам и хотелось увидеть, как несуществующее становится сущим, возможное — действительным, невещественное — вещественным, и наоборот; как вечная материя превращается из одной невечной формы в другую.

Оттого-то, как ни будничны были подмосковная природа за окнами и заботы дубенцев, ехавших вместе с нами, у нас — новичков — настроение было всю дорогу совершенно таким, как у горожан в горах: чуть-чуть приподнятым.

Мы старались этого не обнаружить — неловко как-то, все-таки взрослые люди. Но, видимо, нам это плохо удавалось. И тогда мы решили не замечать снисходительных улыбок наших ученых спутников, для которых и путь в Дубну и все связанное с ней давно стало обыденностью. Мы были счастливее их.

Они там говорили о чем-то непонятном, что никак не ладилось, ругали какой-то отдел какого-то ведомства, поносили каких-то юнцов за то, что у них хоть и хорошие головы, да руки ни к черту. А нас эти подробности не касались. Правда, мы не без зависти почтительно поглядывали на людей, живущих в науке, как у себя дома, — так мальчишки в далеком плаванье завидуют не пассажирам-бездельникам, а усталым матросам. Но все равно мы были счастливее, как те, кому впервые предстоит, скажем, взлететь на реактивном самолете. Нам предстояло прикоснуться к тонкой алхимии нашего века. Только прикоснуться, но уже и это было необычайно!

А вместе с тем — так уж устроен человек — было очень приятно, что наши ученые спутники и ворчат, и ругаются, и озабочены всякими пустяками: это уравнивало нас с ними. От этого и сама их высокая область знания, их тонкая алхимия, начинала казаться более доступной нам, непосвященным.

 

Глава третья

Тысячелетние заблуждения, к которым не стоит относиться свысока. — Ненаписанный сценарий. — До этого надо было дорасти! — Уклончивость Ньютона. — Ученые шутят, как отпевают. — Планку было сорок два, Эйнштейну двадцать один. — Второе рождение световых частиц. — Чтобы чем-нибудь не пренебрегать, надо знать, чего оно стоит!

1

Как-то сомнительно звучит это немножко напыщенное определение, хочется даже обидеться за сегодняшнюю блистательную науку о микромире. Однако трудно заподозрить в журналистском легкомыслии самого основоположника физики атомного ядра Эрнеста Резерфорда. А между тем именно ему принадлежит это выражение — «современная алхимия». Так назвал он свою последнюю книгу — книгу о ядерных превращениях, написанную в 1937 году, незадолго до смерти. А превращения материи в субатомном мире элементарных частиц — еще более тонкая вещь, чем ядерные реакции. Этого не нужно объяснять.

Все же может показаться, что упоминание о средневековой старине отбрасывает нас в сторону и далеко назад от рассказа про поиски первооснов материи. Назад — это правда. Но не в сторону! Напротив, такой рассказ, если бы кто-нибудь попробовал вести его «по порядку», только там и должен был бы начинаться — во тьме неразумных веков.

Тысяча лет заблуждений — вот история европейской алхимии. Две тысячи лет заблуждений — вот история алхимии восточной. Так есть ли тут о чем разговаривать? Есть.

Алхимики первыми стали не только рассуждать о сути вещей, как древние натурфилософы, но и начали в своих загадочных лабораториях упрямо возиться с грешным земным веществом. Они что-то разлагали на части, что-то с чем-то соединяли. Перегоняли, прокаливали, растворяли, возгоняли, фильтровали. И придумали для этого пробирки и колбы, реторты и змеевики, тигли и фильтры.

Очень презрительно звучит: «они что-то с чем-то соединяли». Но алхимики и вправду совершенно не понимали, с чем имели дело в своих колдовских экспериментах. Из одних веществ они изгоняли «летучесть», из других — «сухость», третьим прибавляли «огненности». У них было убеждение, что некие первоначала всех вещей служат носителями подобных свойств. Так на протяжении столетий, из поколения в поколение, из страны в страну кочевала произвольная идея, что ртуть и сера — первоосновы всего. То были как бы элементарные частицы материи в представлении средневековых алхимиков.

Все это дело давнее и хорошо известное, так же как и то, что они искали философский камень для превращения простых металлов в золото. А «панацея»? Это слово из алхимического словаря тоже определяло одну из целей их многовековых исканий. Убавляя одно первоначало и добавляя другое, они мечтали создать вещество, которое лечило бы все болезни и стало «панацеей ото всех бед». Корыстные и благородные помышления были перемешаны в их бесплодных надеждах.

Если сегодня стоит ворошить фантастические представления алхимиков о первоосновах материи, то лишь ради одного неожиданного вывода: даже они нуждались в руководящих теоретических идеях! Конечно, тут следовало бы говорить об идеях в кавычках. Но это с нашей — сегодняшней — точки зрения. А для алхимиков их идеи были не только несомненной истиной, а еще и направляющей силой: без них они не умели бы поставить ни одного своего опыта. Разумеется, получался заколдованный круг: ложные идеи вели к ложному истолкованию опытов, бесплодные опыты питали бесплодные идеи. Но разве мы с вами такие умные и всезнающие не потому, что человечество выстрадало нашу относительную просвещенность Беками мучительно трудной истории постепенного познания материи, из которой построен мир?

Пожалуй, не стоит относиться к былым заблуждениям свысока. Они, эти смешные заблуждения, — дедушки и прабабушки нашей сегодняшней разумности. И потом подождите: может быть, через триста лет люди будут улыбаться над нашей наивностью!

Но вот что действительно поражает: двадцать с лишним веков алхимия топталась на месте, а тем временем в тех же самых исторических обстоятельствах медленно вырастало настоящее естествознание.

Одновременно. Рядом.

Геометры, начиная с Эвклида, разрабатывали вполне истинную в земных масштабах геометрию. Физики, начиная с Архимеда, все точнее постигали законы земной механики. Астрономы, начиная с Гиппарха, проникали все дальше в глубины видимого звездного неба.

А первоисследователи самой материи не могли ни на шаг продвинуться в глубь вещества. Ни на шаг. Ни в одной стране. Ни в древности. Ни в средние века. Ни во времена Возрождения. Ни в XVII веке, когда алхимия уже приближалась к концу своей бесславной истории, а в математике, физике, астрономии работали такие гиганты, как Кеплер, Ньютон, Лейбниц, Декарт.

Как понять эту тысячелетнюю и всесветную беспомощность, которая в конце концов превратила слово «алхимик» в насмешливую и даже бранную кличку?

Может быть, в науке о веществе не нуждались прежние эпохи и алхимики влачили тяжкую жизнь, преследуемые и гонимые? Бывало и так, но чаще совсем иначе.

2

Я представляю себе автора исторических романов. Роясь в старых книгах, он набрел на неожиданную находку: сопоставляя даты и географию совсем непохожих друг на друга событий, которых никогда не связывали и не приводили к общему знаменателю историки науки, он набрасывает конспект будущей возможной повести и заранее радуется удаче. В самом деле, какое удивительное переплетение великого и ничтожного!

…Начало XVII века. Прага. Придворный астроном Иоганн Кеплер топчется у дверей императорского казначейства. «Я напрасно стою перед ними, как нищий… — обдумывает он письмо, которое напишет нынче вечером, снова вернувшись в несчастный свой дом без единого флорина в кармане, — касса пуста, и жалованья не дают». В его руках — точнейшие по тем временам наблюдения знаменитого Тихо Браге, чью должность он унаследовал. В его голове — еще неясные до конца предположения, которым суждено превратиться в строгие законы движения планет. Работать бы и работать! Но император Рудольф требует все новых гороскопов — предсказаний будущего по звездам. Он, Кеплер, готов заниматься и этим, однако кошелек его и такою ценой не становится полнее.

В поисках флоринов летит время. В раздумьях о домашних бедах истощается мысль. А размышлять хочется совсем о другом. Не об одних планетах. Мир полон нерешенных загадок. Он издавна думает о природе света; когда-то у него мелькнула многообещающая идея: не есть ли свет непрерывное истечение вещества из светящихся тел?! И еще он подумал тогда: тепло излучения — это не какая-то особая материя, а только свойство самого света. Вещественность света! Непрерывность в природе! Ах, думать бы об этом снова и снова. Но флорины, флорины… Он топчется у дверей казначейства. Пожаловаться императору? Но Рудольф занят неотложными делами.

Писатель вновь просматривает свои выписки и по старым рецептам исторических романистов быстро продолжает, не заботясь об оригинальности.

…А император действительно занят. Он давно уже не покидает алхимической лаборатории, где заперся с приезжей знаменитостью — поляком-алхимиком. Вялый и беспомощный, сейчас Рудольф трудится как одержимый. Его слабые руки в ссадинах и ожогах. Ему, римско-германскому императору и алхимику, равно неудачливому в обеих сферах, впервые везет: металл в тигле, кажется, начинает отливать золотым блеском! Этот день должен быть увековечен. То была счастливая мысль — написать в Краков!

Проносится слух — император в добром настроении. Придворный астроном спешит во дворец, как всегда размышляя о тайнах природы и пустом кошельке. Ему бросается в глаза памятная табличка на стене. Недавно ее еще не было.

Он читает ученую латынь: «Пускай попробует кто-либо сделать то, что сделал поляк Сендзивой!»

Сендзивой? Кто это? Ах, тот обласканный краковец, что привез императору философский камень?.. Говорят, счастливец уже в Вюртемберге, и князь Фридрих принимает его с почестями, подобающими королям. «В Вюртемберге» на моей родине…» — думает Кеплер. Он перечитывает табличку, но не улыбается: нет, он вовсе не считает алхимию лженаукой, а ее адептов (это слово тоже из алхимического словаря) — шарлатанами. Но в душе придворного астронома поднимается горечь — его наука, его труды ценятся ниже.

Писатель ставит было точку, однако не может удержаться и досказывает судьбы обоих героев до конца. «Какой мог бы получиться сценарий!» — думает он между прочим.

…Из Вюртемберга приходит весть: Сендзивой внезапно исчез — невознаградимая утрата! Но события не стоят на месте — становится известно: схвачен и вздернут на виселицу придворный алхимик Фридриха — завистник Мюленфельс. Интриги против Сендзивоя и, наконец, похищение поляка было делом его рук. А поляк теперь вновь на свободе. Кеплера радует торжество справедливости на родной земле. Он еще не знает, что скоро там объявят колдуньей его старую мать и он должен будет спешить туда, на коне и пешком, чтобы спасти ее, приговоренную к смерти после пятилетнего позорного процесса.

Проходят годы. И он действительно появляется на дорогах вюртембергской земли как сын колдуньи. Никто не знает, что это едет верхом на кляче великий ученый, уже завершивший открытие трех законов движения планет. Его сторонятся. Только базарный шарлатан привязывается к нему у корчмы, но он беспомощно улыбается: кошелек его пуст. И все-таки шарлатан продолжает шагать у стремени, с польским акцентом рассказывая чужеземцу свою историю, которую давно осточертело слушать местным людям.

Он рассказывает, как некогда в Саксонии вывел из тюрьмы шотландца-алхимика Сетона; как благодарный Сетон подарил ему мешочек с философским камнем, но умер, не выдав тайны волшебного состава; как он нарочно женился на вдове шотландца и завладел всеми запасами золотоносного порошка; как он прославился в Кракове, как его позвал к себе покойный император Рудольф… Кеплер вздрагивает от далеких воспоминаний, а шарлатан призывает проклятия на голову князя Фридриха: после всех злоключений на вюртембергской земле ему, славному чудодею, не вернули запасов сетонова камня, желтящего металлы, — все присвоил вероломный Фридрих! А секрет это камня утрачен, и вот бесславие, нищета…

«Секрет? Если бы погибли мои расчеты, я бы их смог повторить!» — думает Кеплер и, припоминая памятную табличку в пражском дворце, спрашивает на почтительной латыни: «Сендивогиус?»

«Да! — гордо поднимает голову стареющий Сендзивой, не справляясь, в свой черед, об имени безвестного чужеземца.

«Впрочем, мой удел будет не лучше», — пророчески размышляет Кеплер, может быть, предчувствуя, как его, сына колдуньи, скоро изгонят из пределов империи и как умрет он, оставив семье две рубашки да нераспроданные экземпляры своих сочинений…

Несчастный поляк бросает стремя и, безутешный, не оглядываясь, возвращается обратно к корчме, так и не узнав, кто проехал мимо него.

«Проехал в бессмертье, в будущее, туда, куда все века держала путь истинная наука». Это писатель прибавит от себя.

3

А читатель спросит: так не объясняется ли бесплодие алхимии тем, что ею занимались не Кеплеры, а Сендзивои?

Нет, как раз наоборот: из-за научного бесплодия алхимии льнули к ней авантюристы (так еще и ныне знахари паразитируют там, где медицина пока бессильна). Обещавшая людям то, чего не могла достигнуть, — золото из ничего и спасительную панацею, — эта ранняя наука о превращениях вещества позволяла кому угодно объявлять себя обладателем истины.

Но этой науки не чуждались и проницательнейшие из естествоиспытателей, даже Ньютон! И что же? Он, оплодотворявший новыми идеями все, к чему прикасалась его могучая мысль, решительно ничем не смог обогатить современную ему науку о веществе.

Однако почему тут подчеркнуто слово «современную»? Не значит ли это, что будущую науку о веществе он, Ньютон, чем-то обогатить все-таки смог? Да, именно так: современникам не помог, а неведомым потомкам, сам того не подозревая, оказал помощь.

Вот тут и открывается причина тысячелетнего бесплодия алхимии как науки о превращениях материи: она была исторически преждевременной областью знания. Ей никто не мог помочь, потому что в ту пору еще нечем было ей помочь.

Человечество еще не располагало ни достаточными знаниями, ни техническими средствами для успешного проникновения в глубь вещества.

Отчего географы древности не открыли Северного полюса, а заодно и Южного? Отваги не хватало? Нужды не было? Да нет же! Надо было прежде всего знать, что где-то полюса существуют. А даже это маленькое предварительное знание потребовало многовековой гигантской работы астрономов, физиков, математиков и меньше всего географов-путешественников.

Это было теоретическое знание: оно вытекало из утверждений, что Земля шарообразна и, вращаясь вокруг собственной оси, вращается еще и вокруг Солнца по плоской орбите, что наклон земной оси к плоскости этой орбиты в общем остается постоянным. Словом, прежде чем с успехом пуститься к полюсам и основать на них поселения ученых, человечество должно было многое понять, многое подсчитать, во многом увериться и многое создать, начиная с компаса и кончая современными судами, самолетами, радиостанциями.

Вот так человечество должно было дорасти и до успешного похода в глубины материи!

Путь в эти глубины шел через молекулы, атомы, атомные ядра… Он пересекал гравитационные, электромагнитные, ядерные поля… Он вел к распознанию и преодолению все более крепких связей между все более малыми крупицами вещества… Многоточия означают, что на этом пути не было и нет конечной остановки — «доехать бы и сойти», а были и будут лишь временные привалы.

И еще: на этом пути подлинного познания не стоит искать происшествий, подобных злоключениям Сендзивоя. Такие эпизоды больше не встретятся нам впереди. Зато духом кеплеровского бескорыстия полна история настоящей науки. А еще драматичней в ней поразительные приключения ищущей человеческой мысли. И весь наш рассказ будет рассказом не о побегах и похищениях, виселицах и предательствах, не о нелепых надеждах и вечном самообмане, а о счастливых и несчастливых судьбах физических идей.

4

Фотон… Эта частица стоит сегодня первой в списке открытых элементарных частиц материи. Она и есть первое действующее лицо обещанного рассказа. Ее название не нуждается в расшифровке: с греческого «фос», или «фотос», начинаются научные термины, придуманные для световых явлений.

Фотон, конечно, следовало бы придумать раньше других: это — частица света.

Однако откройте любую старую энциклопедию. Вот фотоген, слово похожее, но так называли в прошлом столетии всего только керосин для заправки ламп. Вот фосфор, фотография… А фотона нет. Ни у старого Ларусса, ни в старой Британской энциклопедии, ни у Брокгауза и Ефрона (хотя подходящий 71-й том этого энциклопедического словаря вышел уже в нашем веке).

Так, значит, еще сравнительно недавно наука не нуждалась в слове, которое обозначало бы «частицу света»? Да. Ученые рассматривали световой поток как бегущую череду непрерывных волн, и только волн.

Возбуждение света тысячи раз сравнивали с падением камня в пруд: от места падения по воде разбегаются волны. Если камень привязан к удочке и его попеременно то вытаскивают из воды, то опускают в воду, волны возбуждаются снова и снова. Они способны огибать препятствия и отражаться от них. Они гасят друг друга, когда движутся не в лад, и впадина одной приходится на гребень другой. Они складываются, усиливаясь взаимно, когда гребни их совпадают. Волны уносят с собою энергию источника колебаний.

О колебаниях и волнах ученые могут рассказывать без конца. Они создали красивый и совершенный математический аппарат для описания волнообразных движений и создали такую же стройную и красивую волновую теорию света. Но о физической природе световых колебаний эта описательная теория не знала и не говорила ничего достоверного. Да это и не слишком беспокоило ее создателей — для математических описаний, как для пейзажной живописи, не очень важно, что скрывается под видимым покровом отображаемого. Волновую теорию в самом деле можно было бы сравнить с великолепной картиной, воссоздающей зрелище моря: все на удивленье похоже — и вольная линия прибоя, и белые барашки, и синева, и ощущение бездонности, и веянье скрытой мощи, одно только не занимало художника — что такое вода? С него достаточно было сознания, что она существует, что она есть нечто.

Волны света? Хорошо. А что при этом волнуется, что колеблется? Гениальный голландец Гюйгенс, зачинатель волновой теории (к слову сказать, младший современник Рембрандта), отвечал коротко и общо: колеблется эфир.

Это было воспоминанием о старой-старой идее древних натурфилософов. Они полагали, что в мире, кроме огня, земли, воды и воздуха, существует «пятая стихия» — тончайшая материя, которая пронизывает все и заполняет собою мировое пространство, лишая его непонятной пустоты. Древние придумали и слово «эфир» — «летучий», чтобы образно запечатлеть его неуловимость.

Мало идей доставляло физикам столько забот и огорчений, сколько доставила эта идея мирового эфира! До сих пор, разговаривая о радиопередачах, мы произносим таинственную фразу: «голос в эфире». Но она пригодна только для стихов — физического смысла в ней не больше, чем в старой надежде — «поможет бог!». Примириться со всепроникающим эфиром физикам было не легче, чем с пустотой. Пожалуй, даже труднее.

Пустота хоть не обязана была обладать никакими свойствами, кроме одного — быть ничем. Оставалось, конечно, безнадежно непонятным, каким это образом разделенные пространством тела могут действовать друг на друга через пустоту — без всяких посредников. Когда спрашивали об этом учеников Ньютона, они отвечали: «Не знаем». И повторяли известную фразу учителя: «Я гипотез не строю».

Эту фразу даже сегодня иногда с удовольствием повторяют ученые. В ней есть утешение для исследователя: вот он нашел математическую зависимость одной величины от другой, нарисовал кривую, написал формулу; остается понять и объяснить, почему явление протекает именно так, а не этак; остается открыть физическую сущность формулы или уравнения… Но эта физическая сущность, черт бы ее побрал, не дается в руки! Тогда-то легко сослаться на великий авторитет Ньютона: «Я гипотез не строю».

Ньютон открыл зависимость сил тяготения от массы тел и расстояния между ними, но почему тела вообще притягиваются друг к другу, что при этом физически происходит, его знаменитый закон не объяснял. А получалось нечто непостижимое: Солнце и Земля взаимно притягиваются, хотя не связаны никакими нитями и ниточками, хотя между ними только пустота! В пору было бога привлечь к ответственности, чтобы как-нибудь объяснить таинство тяготения.

Бог стал бы в таком случае «физической гипотезой». Да на беду никуда не годной — ничего не объясняющей и не доказуемой. И вот старый-старый эфир был призван уничтожить гнетущую сознание физиков противоестественную пустоту между физическими телами. Еще раньше, чем Гюйгенс приспособил его как среду для распространения света, Декарт ввел во вселенную эту пятую стихию, чтобы избавить науку от мистического «действия на расстоянии». Вихри эфира стали связывать все тела.

Словно предвидя, что эфир доставит физикам не меньше неприятностей, чем пустота, Ньютон уклончиво и признавал его и отвергал.

А все неприятности проистекали оттого, что этот эфир должен был обладать определенными свойствами. Иначе его незачем было бы и придумывать!

Вы замечаете — едва зашла речь о фотоне как об элементарной частице, возглавляющей нынешний список «первооснов», как нас тотчас увело в непроходимую чащу вечных, столетиями решаемых «проклятых вопросов» науки о природе. Но право же, это произошло не из-за нашей неосторожности. Просто в мире элементарных частиц шагу нельзя ступить, чтобы не влезть в эти дебри. В этом не беда, а привлекательность и соблазн рассказа про драматические поиски «первооснов материи».

5

После того как свет стал по воле ученых колебаниями в эфирном океане вселенной, почти два века, от Гюйгенса до Максвелла, оставалось совершенно неизвестным, что именно колеблется, заставляя колебаться эфир. Около ста лет назад Максвелл показал, что во всем виновато электричество.

Вокруг движущихся зарядов возникает поле электромагнитных сил. Оно распространяется в пространстве как раз со световою скоростью! — в этом совпадении Максвелл увидел не случайность, а указание на природу света. Когда заряды колеблются, в окружающем их силовом поле разбегаются волны. Было решено: это возмущения в эфирной среде.

Электрические заряды приняли на себя роль камня на удочке в океане светоносного эфира.

Чем быстрее колеблются заряды, тем чаще отчаливают от источника одна за другой электромагнитные волны. Наглядно ясно: чем чаще колебания, тем короче волны. Сегодня, в согласии со старой идеей Максвелла, мы могли бы сказать и говорим, что в рентгеновских лучах волны так коротки, будто являют собой эфирную рябь. А радиоволны, напротив, столь длинны, что колеблемый ими эфир должен бы походить на океанскую гладь в затишье.

Все это приятные образы. Даже красивые. Но они ничего не говорили и не говорят о физической сущности самого эфира. Что он такое? Каково его строение? Всепроникающий, может быть, он подобен газу? Но тогда он, конечно, способен сжиматься и расширяться? Так отчего же свет распространяется в нем с одинаковой скоростью всюду, если плотность его не всюду и не всегда одинакова? А несжимаемый, он был бы твердым телом, но ведь сквозь него должны беспрепятственно двигаться другие тела. Как же быть? Весомый он или невесомый? Если весомый… Все каверзы начинаются сначала.

Десятки вопросов, один мучительнее другого, возникали перед физиками. И они без конца строили теории эфира, все более хитроумные и все менее понятные. Предтеча Эйнштейна по теории относительности, замечательный физик Лоренц досадовал в 1902 году, что эти теории не приносят никакого удовлетворения.

К тому времени эфир стал представляться физикам бестелесным призраком, да еще абсолютно покоящимся. Другого выхода не оставалось: модель такого неподвижного эфира предложил в XIX веке именно Лоренц — она казалась «самой удачной». Но этому призраку нанес непоправимый удар один замечательно тонкий, тысячекратно описанный опыт, прославивший физика Альберта Майкельсона.

Если свет распространяется в неподвижном эфире, а Земля летит сквозь эфир, то два световых луча — один, пущенный по направлению полета Земли, а другой — в противоположном направлении, — должны двигаться относительно Земли с разными скоростями.

Первый из этих лучей Земля догоняет, уменьшая этим его относительную скорость. От второго — убегает. И потому относительная скорость этого луча увеличивается. Навстречу Земле должен как бы дуть эфирный ветер, тормозящий свет. Так мотоциклист, даже в недвижном зное степного полдня чувствует, как бьет ему в лицо поток горячего воздуха: своим движением он сам создает этот ветер… И вот оказалось, что разницы в скоростях двух световых лучей нет! Оказалось, что в отличие от мотоциклиста Земля «не чувствует» никакого эфирного ветра, который должен был бы «бить ей в лицо», если бы она и впрямь летела через неподвижный эфир.

Идея неподвижного эфира стала в противоречие с прямым опытом, а это — худшее из всего, что может случиться с физической идеей.

Правда, приверженцы старого призрака могли возразить: «Погодите, погодите, мы поставим еще более тонкие опыты, и тогда…»

— Вы и тогда ничего уже не докажете! — сказал в начале нашего века Альберт Эйнштейн.

Через три года после сетований Лоренца теория относительности навсегда похоронила идею эфира. В этом могущество истинной теории — она уж если хоронит ложную идею, то навсегда. Никакими опытными ухищрениями с нею ничего не поделаешь. Так закон сохранения энергии сделал заведомо бессмысленными все попытки построить вечный двигатель, и патентные бюро всего мира давно уже отвергают, не рассматривая, любые проекты перпетуум-мобиле.

Теория относительности показала, что нет и не может быть абсолютного покоя. Нет абсолютного пространства, в котором звездные миры вселенной плавали бы, как рыбы в неподвижном водоеме: рыбы снуют, а вода стоит. В таком аквариуме перемещение рыбешек можно отсчитывать от неподвижных стенок. А во вселенной нельзя найти абсолютно покоящегося «тела отсчета». Мировое пространство нельзя рассматривать, как стоячую воду или — повторим это — как дом, построенный кем-то для материи, в который она въехала на временное или постоянное жительство.

А призрак «самого удачного» эфира превращал вселенную именно в аквариум со стоячей водой. Неподвижный, всепроникающий, этот эфир Лоренца захотел играть запрещенную природой роль — он стал материальным воплощением абсолютного покоя, он сделался физическим выражением ложной идеи абсолютного пространства. Значит, по приговору теории относительности он был обречен.

Можно запоздало спросить: а как же по неподвижному эфиру вообще могли передаваться колебания, как мог по нему распространяться свет? Ну, скажем, так же, как по неподвижно висящему театральному занавесу порою пробегает дрожь от прикосновения руки. Но теперь уже не важны детали: теория относительности попросту сняла этот занавес.

Но нелегко было с ним расставаться, с этим призраком. Впрочем, вся сегодняшняя физика, и особенно наука об элементарных частицах, представляет собою цепь таких расставаний с прежними иллюзиями.

Не раз экспериментаторы пытались опровергнуть опыт Майкельсона. В 1904 году Морли и Миллер еще увеличили точность измерений, а через два десятилетия второй из них Неожиданно объявил, что новые данные все-таки доказывают существование ветра в неподвижном эфире, сквозь который летит Земля. Выводы Миллера сердито комментировал покойный академик С. И. Вавилов. И было понятно, почему он сердился: ловля эфира стала сбором улик против теории относительности — против новых революционных физических воззрений нашего века.

Экспериментаторы, верившие в будущее, а не (в прошлое науки, снова должны были взяться за доказательство уже доказанного. В начале 30-х годов физик Георг Иосс предпринял новые опыты и еще раз развеял легенду о пойманном эфирном ветре. При этом он без всякой вежливости высмеял Миллера: на свою беду, тот всерьез указал, что в стене его высокогорной лаборатории имелось стеклянное окно, дабы эфирному ветру было легче дойти до прибора! «К сожалению, — издевался Иосс, — Миллер не указал, было ли в противоположной стене другое окно, чтобы эфирный сквозняк стал сильнее».

Ученые шутят, как отпевают! Но точнее: то были уже поздние поминки после настоящего погребения эфира в 1905 году, когда появилась теория относительности. Замечательно, что в том же самом году и благодаря трудам того же Эйнштейна физика обогатилась новым понятием — фотон. Сначала только понятием, или, вернее, представлением; само слово это вошло в словарь науки двумя десятилетиями позже.

Была ли связь между гибелью эфира и рождением фотона? Ах, если бы она была прямой, эта связь! Насколько легче было бы сейчас вести рассказ. Все сразу стало бы по местам: открытые Эйнштейном частицы света немедленно заместили бы собой в картине мира прежние световые волны. Нет эфира — нет и волн. Световой луч — просто поток особых частиц, летящих через пустоту. Вот и все. Свет и вещество уравниваются в правах. Отныне в мире есть только частицы и никаких волн!

…Частицы. Это так понятно, так просто. Они, наверное, круглые, аккуратненькие, как бильярдные Шары. Ученые любят это сравнение, когда заходит речь о любого рода частицах. И неспроста: физики мечтают о наглядности своих объяснений нисколько не меньше, чем писатели о выразительности своих образов. И сама природа тоже ведь любит эту экономную и ясную форму шара: Земля и Луна. Солнце и звезды — все они шарообразны. Наверное, и в микромире тоже все шарики, шарики, шарики — мал мала меньше, как в детской разъемной игрушке… Размеры в природе совсем не важны: в мире звезд есть карлики и гиганты, а движением и тех и других все равно ведь управляют ясные и понятные законы небесной механики. Атомы тоже, говорят, подобны солнечной системе: вокруг шарообразного ядра вращаются шарики-электроны — в любой книжке так их рисуют. Как все хорошо и просто! А если еще и свет состоит из частиц, тогда совсем благодать. Снова шарики, снова микробильярд, снова испытанные, веками проверенные законы старой механики. Нет, правда, как славно все получается: единая картина строения материи устанавливается сама собой — мгновенно и необременительно! Да здравствует частица света — фотон!

…Мы размечтались, но не как древние натурфилософы; а как Маниловы — натурфилософы домашние, те, что, созерцая жучка на травинке, любят вздохнуть: «Как мудро устроено все в природе, пойти чайку попить, что ли?» Поглядывая на ночные небеса, люди такого склада любят задумчиво поговорить о простоте и гармонии в коловращении вселенной.

А в эти часы какой-нибудь бедняга физик, как уставший музыкант, разминает кисть руки: сколько бумаги изрисовано лебедиными шеями интегралов и верблюжьими горбами кривых, а непредвиденные противоречия не исчезают — старая теория и новые факты расходятся! Надо будет еще долго работать, думать, спорить, томиться непониманием, выискивать обходные пути.

«Вы сочинили и напечатали в своем умном сочинении, — как сказал мне Герасимов, — что будто бы на самом величайшем светиле, на Солнце, есть черные пятнушки. Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда… И для чего на нем пятны, если и без них можно обойтиться?» — так писал ученому соседу чеховский домашний натурфилософ, отставной урядник Войска Донского.

Мечты о материи, построенной из шариков, очень похожи на это желание «обойтиться без черных пятнушек». Может быть, природа и устроена просто, да только заранее решительно неизвестно, что это значит. Простота почему-то любит притворяться сложной и необъяснимой. И это вечное ее притворство.

«Не обижайтесь, что я вам так мало пишу. Демон проблем безжалостно сжимает меня в своих когтях и заставляет предпринимать отчаянные усилия, чтобы преодолеть математические трудности… Думаю, что я, наконец, ухватился за краешек истины», — так писал ученому другу величайший физик современности, одно из открытий которого и навело нас на этот разговор, Альберт Эйнштейн.

Даже самые проницательные из ученых скромнее домашних мудрецов. Краешек истины, только краешек! — для них это прекрасная награда за отчаянные усилия. И они не смущаются тем, что такой краешек может выглядеть неправдоподобно странно — была бы уверенность, что это «высунулась истина».

Фотон не упростил картину мира — не превратил материю в Сахару бильярдных шариков. То, что последовало позже за его открытием, выявило в этой картине удивительные черты. Домашние натурфилософы (даже с учеными степенями!) до сих пор пожимают плечами: «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда». Впрочем, в физике таких урядников, кажется, уже не осталось. Они сохранились в других науках о природе. Это они противятся вторжению современной физики в биологию, как еще недавно противились вторжению кибернетики в технику, словно естествознание не едино, словно не едина материя во вселенной.

Судьбы научных идей драматичны, если знакомиться с ними не по учебникам.

6

Все на свете имеет свою историю. За пять лет до появления идеи фотона в научном языке появилось слово «квант». В 1900 году, как бы начиная новый век, оно впервые прозвучало на заседании Немецкого физического общества, когда берлинский профессор Макс Планк докладывал о выводе новой формулы, относящейся к тепловому излучению.

«На следующий день утром меня разыскал коллега Рубенс и рассказал мне, что после заседания, глубокой ночью, он сравнил мою формулу с данными своих измерений и всюду нашел радующее согласие», — так писал позднее Планк.

Проблема была частная, но глубокая. Планк — тихий, педантичный, строгий, очень немецкий ученый — работал над решением трудной задачи много лет. Успех пришел к нему тогда, когда он отважился на гипотезу, о которой никто не посмел бы сказать, что она была «тиха и педантична». Уже более полувека ее называют дерзкой, революционной, великой гипотезой. И это легко понять: он взглянул на излучение новыми глазами, он различил в нем черты, до него никем не замеченные, — черты вещества!

Он высказал мысль, что энергия излучается и поглощается отдельными порциями. «Сколько» по-латыни — «квантум». Планк назвал эти порции квантами, не подозревая, что еще при его жизни возникнут и разрастутся многочисленные ветви современной физики, в названии которых будет неизменно присутствовать придуманное им для решения одной — только одной! — задачи коротенькое и очень простое по происхождению слово. Квантовая механика, квантовая статистика, квантовая электродинамика… Появилось существительное «квантование», глагол «квантовать», причастие «квантованный»… Пожалуй, ни один писатель не удостаивался чести быть изобретателем так быстро и так прочно укоренившегося слова. И какого слова — знаменующего целую эпоху в мышлении исследователей природы!

Вещество прерывисто, зернисто. Это кажется очевидной истиной. Но энергия — как может быть прерывистой или зернистой она? А гипотеза Планка как раз это и утверждала. Его кванты были как бы атомами — в подлинном смысле неделимыми порциями — энергии излучения. Порции меньшей, чем квант, или равной миллиону квантов с осьмушкой тело не может ни излучить, ни поглотить. Кванты не дробятся!

Эта мысль была так неожиданна, что сам Планк сначала смотрел на нее только как на рабочую гипотезу: иначе правильная формула не получалась. Специалисты по тепловому излучению не принимали эту идею всерьез, а физики других специальностей несколько лет не обращали на нее никакого внимания.

Об этом вспоминает известный теоретик Макс Борн: он не слышал в ту пору о квантах ни в Геттингенском, ни в Кембриджском университетах — двух передовых научных центрах тогдашней Европы. Зато он, наверное, мог бы услышать о них в Москве, в старых университетских корпусах на Моховой: там работали два выдающихся физика — Б. Голицын и Н. Михельсон — прямые предшественники Планка, у которых его идея не могла не встретить сочувствия. Но дело это уже давнее, и гадать сегодня о возможном и неслучившемся бесполезно.

Так или иначе, первый год нашего века стал годом рождения «квантовой эры» в естествознании. И здесь нельзя не рассказать, как история физики подшутила над учителем Макса Планка — профессором Мюнхенского университета Филиппом Жолли.

Этот ученый, в свое время довольно популярный, принадлежал к разряду тех ограниченных людей без воображения, которые в любую эпоху склонны думать, что «все главное сделано до нас», что настоящее всегда беднее прошлого, а будущее ничего особенного не обещает. Таким людям всегда казалось и кажется, что человечество уже не ждут впереди истинно великие открытия, что основные законы природы уже установлены и дело только за тем, чтобы уточнять детали и дорисовывать подробности в физической картине мира. Такие люди пророчат детям лишь один удел — исправно и покорно следовать дорогой отцов.

Макс Планк запомнил тот день, когда он, совсем еще юноша, пришел к семидесятилетнему профессору Жолли и сказал, что намерен посвятить свою жизнь теоретической физике. «Молодой человек, — предупреждающе сказал учитель ученику, — зачем вы хотите испортить себе жизнь, ведь теоретическая физика уже в основном закончена… Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?»

Филипп Жолли умер в 1884 году, не услышав, как его ученик произнес слово «квант».

Но это не все. Уже произнеся свое знаменитое слово, сам Планк еще не догадывался, как круто свернул он с дороги отцов. И вся опрометчивость былого предупреждения Филиппа Жолли открылась ему не в 1900 году, а гораздо позже, когда другие исследователи (и первым из них — Альберт Эйнштейн) превратили его «рабочую гипотезу» в одну из принципиальных основ всей современной физики. Тогда-то, уже в старости, чествуемый как родоначальник квантовой теории, Планк рассказал во всеуслышание о своем давнем разговоре с Жолли, рассказал с улыбкой, словно о чем-то нелепо анекдотическом.

Между тем… Между тем нельзя не заметить, что история подшутила и над самим Планком. В своем подчеркнуто настороженном отношении к собственной гениальной гипотезе квантов он тоже, хотя и совсем по-иному, оказался перед лицом младших современников (прежде всего — перед лицом Эйнштейна) в положении отца, не советующего детям доверяться новым дорогам.

В 1900 году Эйнштейн был ровно в два раза моложе Планка: 21 год и 42 года. Молодого, еще безвестного швейцарского учителя математики и физики, только что сдавшего дипломный экзамен, уже «мучил демон проблем». А был швейцарский учитель начинающим теоретиком совсем иного склада, чем берлинский профессор.

Как бы сделать это психологическое различие ясным, не прибегая к утомительным рассуждениям?

…Оба великих физика любили музыку, оба серьезно занимались ею. Эйнштейн был скрипачом, Планк — пианистом. Рассказывают, что Эйнштейн не только прекрасно исполнял любимые вещи, но и охотно пускался в импровизации, подчиняясь неожиданному зову души. Планк был знатоком музыкальной классики и работал над теорией музыки. Одно время он читал в Берлинском университете лекции по этому предмету. (Известно, что в годы юности он даже колебался в выборе будущей профессии, не зная, стать ли ему ученым или музыкантом.)

Академик Абрам Федорович Иоффе слушал обоих и восхищался их мастерством, однако, как он сам говорил, «совсем по-разному». Игра одного пленяла виртуозной техникой и академической строгостью, игра другого поражала глубокой музыкальностью и необычайной выразительностью.

«Как различны были, вспоминал Иоффе, — размеренный поток звуков у Планка и задумчивая скрипка Эйнштейна!»

Вот в этом, быть может, заключалась и разница между ними как учеными-мыслителями, разница темпераментов и всего духовного строя: осмотрительный педантизм у одного и глубокий артистизм у другого.

Эйнштейн принял всерьез замечательную идею Планка: он увидел в ней не просто временную и удобную «рабочую гипотезу», а краешек открывшейся истины. И он крепко ухватился за этот краешек, первым почувствовав всю революционность планковского представления о порциях излучения. Как в музыке, его увлекала в формулах не одна их строгая математическая гармония, но раньше всего их тайный, порою совершенно неожиданный и словно бы незаконный физический смысл.

Абрам Федорович Иоффе не раз рассказывал, как в свое время, в десятых годах, уже маститый Планк убеждал его, молодого ученого из России, очень осторожно обращаться с идеей квантов — «не идти дальше, чем это крайне необходимо» и «не посягать на самый свет». Это предостережение было вызвано как раз тем, что такое посягательство, не заботясь об осторожности, уже совершил Альберт Эйнштейн.

Уже совершил! Это произошло в 1905 году.

Эйнштейну в отличие от Планка больше всего хотелось идти дальше. Он, по выражению Иоффе, «увидел в квантах не удачный математический прием, а средство вскрыть существо света». И он увидел это еще тогда, когда представление о квантах излучения не встречало одобрения в среде известнейших физиков мира, когда о «порциях энергии» либо молчали, либо говорили с усмешкой, когда кванты смущали мысль даже самого их первооткрывателя.

Невезучий школьный учитель, в поисках сносного заработка ставший инженером-экспертом третьего класса в Швейцарском бюро патентов, еще никому не ведомый теоретик опубликовал в 1905 году в одном и том же томе знаменитых «Анналов физики» три статьи за подписью Эйнштейн-Марити (или Марич — это была фамилия его первой жены). Все три работы навсегда вошли в историю естествознания. Но здесь достаточно сказать о двух: в одной была изложена теория относительности, в другой — квантовая теория света.

7

Набегающие морские волны размывают берега. Порывы налетающего ветра заставляют осыпаться колосья. Световые (волны должны были бы «размывать» вещество.

Это действительно происходит. Падающий свет расшатывает электронные оболочки атомов — он заставляет их «осыпаться», как зерна в колосе. Иначе и быть не могло бы: куда же девалась бы энергия световых волн, если бы при поглощении света веществом ее не перехватывали легкие атомные частицы?

Семьдесят лет назад тонкие опыты блестящего московского физика А. Столетова всех убедили в существовании необычного электрического тока — фототока. Позднее стало ясно, что это текут ручейки электронов, осыпающихся с поверхности металла под действием света. На принципе возбуждения светом такого тока будут когда-нибудь работать на Земле мощные солнечные электростанции — бесплатная энергия солнечного света будет прямо превращаться в энергию движения электронов по проводам. В Новой Зеландии, кажется, уже работает первая небольшая станция этого типа.

Но как обманчивы простые сравнения! Волны света, набегающие на вещество, подобны морским волнам или волнам налетающего ветра… Что может быть яснее и понятней? Лучше не придумаешь. Однако вот другое сравнение: свет падает подобно граду, что сечет колосья и заставляет зерна осыпаться, как и под порывами ветра. Разве такое сравнение хуже? Нисколько.

А различие между этими двумя картинами громадно. Порывы ветра — воздушные волны — приносят непрерывный поток энергии. Он то гуще, то разреженней, но он непрерывен и «размазан» по всему пространству, захваченному волной. Поток энергии в падающем граде прерывист, разбит на отдельные порции, собран в «кулачки», а не «размазан». Каждая градинка приносит свою долю — свой целый квант. Если все градинки падают с одинаковой скоростью, энергия каждой зависит только от ее массы: чем массивней градина, тем энергичней она, тем с большей легкостью отлетает зернышко от колоса под ее ударом.

Вот пронесся над полем ветерок и затих. Он сумел повернуть крылья мельницы на пол-оборота. Вот пронесся слабенький град и перестал. Под его ударами крылья мельницы повернулись тоже на пол-оборота. Поток энергии ветерка и поток энергии града были одинаковыми. Однако посмотрите на поле: там, где пронесся ветерок, все колосья шевельнулись, но ни один не осыпался — у слабой «размазанной» воздушной волны не хватило сил оторвать зерна. А там, где выпал град, хоть и был он тоже слабенький, зерна в разных местах усеяли землю — это зависело от меткости градинок. Зато в других местах, куда крупицы небесного льда вовсе не попали, колосья остались совершенно неподвижными.

Как не схожи между собой эти две картины! А ведь общая энергия ветерка и града была одной и той же. Стало быть, результат зависел как бы от «внутреннего строения» потока энергии, а не только от его общей величины.

Так вот, если атомы вещества — колосья, а электроны в атомах — зерна в колосьях, то с чем сравнить падающий и поглощаемый при этом свет — с налетевшими волнами ветра или с выпавшим градом? Какое сравнение справедливей? Очевидно, надо присмотреться к судьбе, постигшей зерна — электроны.

Факты накапливаются в науке непрерывно. Задолго до Эйнштейна перед беспристрастными экспериментаторами открылась картина, которую никак нельзя было объяснить набеганием непрерывных волн энергии. Один из необъяснимых фактов выглядел особенно странно: даже самый слабый свет выбивал электроны с поверхности металла. Правда, освобожденных электронов появлялось при этом мало, но все-таки они появлялись: вызванный светом фототок едва-едва отклонял стрелки приборов, но все-таки отклонял… А ведь для ионизации любого атома — для полного разрыва связи электрона с ядром — нужна, как мы уже знаем, определенная конечная энергия, другими словами — нужен минимум энергии, ниже которого дело не пойдет! Так у волн ветерка, если он уж очень слаб, может и не хватить силенок осыпать колос. Между тем даже у самого слабого, самого неяркого потока света силенок на это всегда хватало. В чем же тут было дело?

Теперь-то мы понимаем, что все немедленно объяснилось бы, если б слабенький луч света был не тихой волной, а потоком градинок — пусть редким потоком, но все-таки потоком частиц. Тогда стало бы ясно, что отдельные его крупинки, как бы мало их ни было, умудряются попасть в электроны и передают при этом энергию, достаточную для отрыва от ядра. А чем сильнее поток света, тем больше градинок совершат такой же акт, потому что вероятность попаданий возрастет.

Надо было только по-новому взглянуть на световой поток. Только! Однако это значило посягнуть на волновую теорию света. От такого-то посягательства и предостерегал Макс Планк молодого Иоффе, когда тот взялся за развитие взглядов Эйнштейна. «Напечатаете ли вы мою статью в «Анналах»?» — спросил Иоффе у Планка. С широтою большого ученого Планк ответил, что, конечно, не будет возражать против ее опубликования, но с честностью человека, не умеющего идти против своих убеждений, заметил, что ему было бы больше по душе, если б статью принял к печати второй редактор «Анналов физики», Вин. «Я буду огорчен, — примерно так сказал Планк, — что опубликована статья, в которой сделан еще один шаг в сторону от классической теории света».

Взглянуть по-новому на световой поток означало увидеть прерывность там, где прежде, по убеждению исследователей, господствовала лишь непрерывность. А такие крутые повороты во взглядах всего труднее даются людям. Это как раз и есть то самое, что в жизни мы часто называем «ломкой сознания».

Рабочая гипотеза Планка, вопреки его глубокой приверженности к классическим представлениям, подготовила эту ломку: возникло неклассическое представление о квантах как о порциях испускаемой и поглощаемой энергии.

В физике, словно бы в магазине, появилось объявление: «Отныне энергия излучения отпускается только квантами!» Совсем как в отделе штучных товаров. Но еще думалось, что это только способ отмеривать энергию, который природа придумала по непонятному капризу, а на самом-то деле излучение непрерывно.

В поисках объяснения неклассических странностей фотоэлектрического эффекта, или проще — фотоэффекта, Эйнштейн решительно пошел на «ломку сознания». Он увидел в квантах физическую реальность. Он увидел, что свет и вправду оборачивается градом.

Так появились фотоны — частицы света.

Физически кванты и фотоны — это одно и то же, а исторически разница между ними та же, что между призывником и солдатом, замыслом и воплощением.

8

Но вот что интересно: сделав решительный шаг вперед, Эйнштейн вместе с тем как бы отступил назад — во вчерашний день физики.

Биография фотона неожиданно связала вчера и сегодня в истории открытия элементарных частиц материи. Это двухвековая биография. Некоторые ее эпизоды только что и разворачивались перед нами. Теперь нужно вставить в их цепь начальное звено, чтобы цепь замкнулась, как в рассказе о всяком стоящем приключении, даже если это лишь приключение ищущей человеческой мысли.

Дело в том, что за двести лет до Эйнштейна частицы света уже существовали в науке. Они появились почти одновременно с волнами Гюйгенса. Их придумал Ньютон. Этим-то он и обогатил будущих «алхимиков», не сумев ничем помочь современникам. В отличие от волновой его теория света называлась «теорией истечения». Световым частицам он дал имя — корпускулы, что значило по-латыни «маленькие тела». Оттого и теория его получила второе название — корпускулярная. Так называют и сегодня фотонную теорию Эйнштейна.

Так что же — снова подтверждается старая поговорка: «Ничего нет нового под луной»? Тем наглядней подтверждается, что и мысль-то об излучении света как об истечении особого вещества была и во времена Ньютона вовсе не нова. Мы же застали Кеплера у дверей пражского казначейства как раз за размышлением на эту тему, а он ведь умер, когда Ньютон еще не родился!

Нет, не стоит все же безоговорочно полагаться на старую мудрость. Ньютон не повторял Кеплера, а Эйнштейн — Ньютона. Верно лишь одно: спор между идеями прерывности и непрерывности — очень старый спор в физической науке.

Кеплер думал, что световое вещество истекает непрерывно и движется с бесконечной скоростью. А во времена Ньютона Ремер уже доказал конечность скорости света. Ньютону виделась иная картина, чем Кеплеру: истечение прерывистого светового вещества. И при этом световые корпускулы разного цвета представлялись ему тельцами разной величины — красные были самыми большими, фиолетовые — самыми маленькими, и, соответственно своим размерам, они двигались, по его предположению, с разными скоростями.

Что еще мог сказать Ньютон о придуманных им корпускулах? Чтобы объяснить преломление света, он сказал, что корпускулы притягиваются веществом призмы. А для объяснения отражения света он снабдил их еще и противоположной способностью — отталкиваться от вещества. В объяснении нуждалось множество явлений, и с ньютоновыми корпускулами получалось примерно то же, что с эфиром: им надо было приписывать все новые и новые противоречивые качества.

Сознавая это, а еще больше, вероятно, предвидя будущие затруднения, Ньютон так же не настаивал на своей теории истечения, как и на дальнодействии через пустоту. «Я гипотез не строю». На том и на другом настаивали его ученики. Они были, как говорят в Риме, правовернее папы.

Весь XVIII век господствовала теория истечения, весь XIX век — теория волновая. В долгой борьбе Гюйгенс, казалось, навсегда победил Ньютона: волновая теория, хоть и опиравшаяся на предательский эфир, объясняла такие явления, в которых никак не могли быть повинны прямолинейно летящие корпускулы.

Вот одно из них, прекрасно описанное М. Минартом в его известной книге «Свет и цвет в природе»:

«…Ночь. Вдалеке шум автомобиля, приближающегося к нам. Его фары бросают ослепительные лучи света на широкую дорогу. Велосипедист случайно пересекает эти ослепительные лучи так, что мы на мгновенье оказываемся в его тени. И тогда внезапно силуэт велосипедиста обрисовывается удивительно красивым светом, как будто излучаемым краем силуэта. Тот же эффект можно наблюдать у пешеходов и у деревьев».

Но ведь это значит, что свет способен огибать препятствия? И не «как бы огибать», а действительно делать это.

Да. Совершенно так же, как морские волны огибают мол. Это называется дифракцией (все на той же ученой латыни). Однако поток световых частиц, как пригоршня с силой брошенных песчинок, загибаться за край преграды не мог бы. Это неотъемлемое свойство волн. Оно и принесло теории Гюйгенса торжество. Идеи Ньютона должны были отступиться.

Но… «никогда не должно пренебрегать предвидениями или гаданиями гениальных людей». Это сказал французский физик и астроном Араго. Замечательно, что сам он, крупный ученый, работая в середине XIX века над биографией Ньютона, не счел нужным хотя бы словом обмолвиться об его корпускулярной теории, — такой незыблемой казалась тогда теория волновая. Он пренебрег «предвидениями и гаданиями» Ньютона, хотя о гениальности его говорил на каждой странице.

Оказывается, чтобы не пренебрегать чем-нибудь, надо знать заранее, чего оно стоит!

Араго знал, что корпускулы света — вчерашний день физики, но он не знал, что они еще и предвидение. Такие вещи всегда узнаются задним числом. Когда появились кванты Планка и фотонная теория Эйнштейна, о забытых корпускулах Ньютона вспомнили все.

Но как раз теперь-то воспоминание о них уже ничего существенного не могло дать науке: в физических свойствах фотонов и старых корпускул не было почти ничего общего. И фотоны появились не потому, что Эйнштейн вспомнил о Ньютоне раньше других, а потому, что одной волнообразно-волнообразностьюсвета уже нельзя было объяснить новых фактов. Пришлось увидеть еще и прерывистый град там, где прежде усматривали лишь непрерывный ветер. Но всего удивительней — и об этом рассказ впереди, — что пришлось вернуться к частицам, не отвергая волн.

…Хотя цепь, пожалуй, и замкнулась, биография фотона на этом, конечно, не обрывается. Скорее, здесь только и начинается главное. Правда, это главное исторически вовсе не было связано с биографией частицы света: нам надо прикоснуться к физическим прозрениям еще одной революционной теории в естествознании XX века — теории относительности. Надо заглянуть в странный неклассический мир открытых ею законов движения материи. В наших «путевых заметках» без этого не обойтись. (Один остроумный философ говорил, что о гуляющем человеке никогда нельзя сказать, будто он делает крюк. Такой «крюк» и есть самый маршрут прогулки.)

Так попробуем, вопреки истории рождения идей теории относительности и вопреки общепринятым традициям рассказа о них, попробуем взять себе в провожатые по странному миру этих идей именно фотон, как одну из «первооснов материи». Может быть, тогда этот мир предстанет перед нами весомо, грубо и зримо — не как абстракция, а как физическая неизбежность.

 

Глава четвертая

«Сейчас вы сами придете к теории относительности!» — Свет нельзя остановить. — Странные размышления гимназиста Эйнштейна. — Каменное зеркало ацтеков. — Смятение старого учителя. — Незыблемые законы висят на волоске. — Не надо осуждать классиков. — Простота удивительной формулы. — В легком и быстром мире… — Сомнения возникают и рассеиваются.

1

Когда люди уславливаются разговаривать о представлениях современной физики без всякой математики и сверх того без физических терминов, они сразу превращаются в глухонемых или в путешественников, заброшенных зовом неодолимого любопытства к неведомым людям на неведомые острова: там уж не до подробностей, лишь бы кое-как объясниться. Однако не прекращать же из-за своего косноязычия начатого путешествия!

В отличие от старой энциклопедии подходящий том энциклопедии новой, разумеется, содержит слово «фотон». Но то, что мы там прочтем, облегчения нам не доставит: справка написана для тех, кто и без того осведомлен в предмете — знает, что энергия фотона равна «аш-ню», а масса покоя равна нулю, а «спин» равен единице и, следовательно, фотон подчиняется статистике Бозе-Эйнштейна, а не Ферми-Дирака, и прочее и прочее, что для подавляющего большинства человечества есть книга за семью печатями. Винить тут энциклопедию не за что: она разрослась бы до тысячи томов, если бы давала объяснения, а не только справки.

Самое простое, самое глубокое и самое непостижимое в справке о фотоне — это то, что его масса покоя равна нулю! Смущают слова и «покой» и «нуль». Сначала о нуле…

Мы справедливо привыкли считать массу мерой количества материи. Услышав, что есть частицы без массы, а нулевая величина — это отсутствующая величина, мы вправе немедленно возразить: «Значит, таких частиц не существует!» Можно ли заставить «ас поверить в нематериальные тела?

Так неужели физики могли примириться с подобным вздором?! Отчего бы они, изучающие законы физического мира, захотели вводить в свою науку рассмотрение чего-то нематериального?

Как же в таком случае быть с нулевой массой фотона? Прежде всего надо отнестись к ней со вниманием: речь идет не о массе вообще, а о массе покоя. Это маленькое добавление здесь всего важнее. Оно сразу подсказывает нашему убежденному материалистическому сознанию единственный выход из затруднения: раз физики утверждают, что масса покоящегося фотона равна нулю, значит покоящихся фотонов не бывает в природе! А какие же фотоны бывают? Выбора нет: только движущиеся. Иными словами, свет нельзя остановить!

Здесь надо на минуту задержаться. (Мы ведь путешественники, а путешественники, даже торопясь, замедляют шаг, когда на их пути возникает нечто диковинное.)

Как хитроумно выглядит фраза: «масса покоящегося фотона равна нулю»! И как просто звучат три слова: «свет остановить нельзя»! Конечно, это оттого, что первое выражение — научное, логически дисциплинированное, а второе — вольное, похожее на крылатую, но ни для кого не обязательную стихотворную строку. Так вправду ли эти выражения — столь разные, что они не совпадают ни в едином слове, — означают одно и то же? Хоть это и кажется удивительным, убедиться в этом очень легко.

Надо только глагол «остановить» понять как действие, приводящее к покою, а наречие «нельзя» — расшифровать как такой запрет природы, который никакими способами не обойти. Весь вопрос в том, как физически всего сильнее выразить категоричность этого запрета пребывать в покое? Самое решительное и безоговорочное — это признать, что пребывание в покое равносильно для — света несуществованию. Ну, а надо ли повторять, что несуществование равнозначно нематериальности? А нематериальность — это отсутствие массы, равенство массы нулю. Так действительно получается, что два выражения на разных языках — на поэтическом и физическом — говорят об одном и том же.

Вот видите, пожалуй, можно было и не лазить в энциклопедию за сухой академической справкой о свойствах массы фотона. В духе наших «путевых заметок» — этого нестрогого рассказа о строгих вещах — естественней, наверное, было бы сразу задаться простым, хоть и довольно странным вопросом: молено ли остановить световой луч? А потом принять на веру короткий ответ: нет, нельзя! И уж тут начать разбираться, что это значит да к каким это последствиям приводит.

Я бы так и поступил, если б не боялся, что этот рассказ станет выглядеть праздной болтовней: знаете, есть чудаки, которые любят от нечего делать загадывать загадки и накручивать нелепые предположения — «что было бы, если бы…». Поэтому надежней показалось начать все-таки с безукоризненного утверждения физиков: «У фотона масса покоя равна. нулю». Однако зачем я рассказываю тут об авторской кухне? (Не такая уж это интересная тема.) А вот зачем.

Когда была уже написана эта главка, я, в несчетный раз перелистывая прекрасную книгу «Эйнштейн и современная-физика», вдруг наткнулся там на одно место, которое прежде виделось мне только занятной исторической подробностью. Теперь оно неожиданно засветилось новым смыслом. Это были несколько коротких абзацев в воспоминаниях Леопольда Инфельда об Эйнштейне. «Что случится, если кто-нибудь побежит за световым лучом и попытается поймать его?» Инфельд пишет, что Эйнштейн рассказывал ему, и рассказывал не раз, как еще в школьные годы задумывался над этим вопросом.

Но ведь это все равно, что спросить: можно ли остановить световой луч? Попытаться поймать — разве это не то же самое, что попробовать остановить?

Леопольд Инфельд, ныне известный польский академик, был одним из немногочисленных учеников и близких друзей Эйнштейна. И мне подумалось, что если уж сам Эйнштейн говорил своему высокоученому коллеге о серьезнейших вещах без того, что немцы называют «звериной серьезностью», если уж он сам о своих идеях рассказывал так вольно и непринужденно, то никто не вправе будет осудить за это простых смертных, вроде нас с тобою, читатель.

Да, можно было и не лазить в энциклопедию…

Эйнштейну было пятнадцать-шестнадцать лет, когда он задался вопросом о пойманном световом луче. Вопрос звучал по-детски. Но за ним таились такие глубины, что в ту пору — в 1894–1895 годах — ни один взрослый не мог бы удовлетворить любопытство школьника из мюнхенского Луитпольд-Гимназиума. Еще точнее — в ту пору ни один из взрослых не мог бы даже по-настоящему понять, чего, собственно, добивался, над чем мучился, о чем беспокоился этот задумчивый, как его детская скрипка, не очень разговорчивый гимназист. Это стало ясно позже, через десять лет, когда гимназист превратился в великого теоретика и опубликовал в «Анналах физики» найденный, наконец, ответ на свое старое школьное недоумение. Ответ был так поразителен, столько неожиданно нового поведал физикам о законах природы, что с этого момента в естественнонаучных воззрениях человечества началась еще одна революция, равная по своим последствиям революции квантовой.

Эйнштейн теоретически установил то, что мы приняли на веру: свет остановить нельзя! Он пришел к утверждению, которое поначалу смутило нас: «У фотонов масса покоя равна нулю». Но, разумеется, это была только одна из неслыханных физических новостей, принесенных им в мир.

Впрочем, не будем спешить.

2

Кажется, у нас уже прошло первое смущение от странного факта, что существуют элементарные частицы с нулевой массой покоя. Это смущение прошло после того, как мы решились на единственно возможный вывод: значит, такие частицы никогда не покоятся. Этот вывод тотчас устранил противоречие между существованием фотонов, то есть их материальностью, и отсутствием у них массы покоя, то есть кажущейся их нематериальностью. Нет, они существуют, но только в движении, и в движении массой, конечно, обладают!

Вот и все.

Но погодите, упрямый материалист на этом умозаключении, конечно, не успокоится. (А материалист и должен быть упрям: он владеет простой и ясной истиной, которая не допускает измен.) Его все-таки начнут томить новые сомнения, и он станет одолевать физика новыми безотлагательными вопросами. И если вообразить, что он при этом еще старый школьный учитель, воспитанный на классической физике (и только на классической физике!), он не сможет не удивляться все более странным ответам, которые поневоле услышит, и невероятным догадкам, которые будут его самого осенять.

— Позвольте, — скажет он запальчиво, — это ваше мудреное, прежде никому не ведомое понятие массы покоя производит нелепое впечатление: уж не зависит ли масса тела от того, как оно движется? Ведь еще со времен Галилея известно, что движение и покой — вещи относительные. Если я бегу с мячом, он для меня покоится, а для зрителей на трибуне — перемещается. Вы утверждаете, что частица света существует только в движении. Но разве не могу я вообразить, что мне удалось догнать фотон и полететь рядом с ним? Это как раз то, о чем раздумывал шестнадцатилетний Эйнштейн. Тогда по отношению ко мне фотон будет находиться в покое, и масса его для меня станет равной нулю. Стало быть, по-вашему, он перестанет для меня существовать? А для других? Для зрителей, которые будут наблюдать наш совместный полет, он тоже исчезнет? Это же чертовщина! Фотон существует не потому, что я его наблюдаю. И он не может исчезнуть только оттого, что мне заблагорассудилось лететь рядом с ним. Так это или не так?

— Конечно, так! — ответит физик, но осведомится: — Простите, вы какого года рождения?

— Неважно! — рассердится старый учитель. — Законы природы не могут зависеть от того, когда я родился…

— Ну, конечно, не могут. Но, к счастью, уровень знания этих законов зависит от того, когда мы родились. Было бы ужасно, если бы Ломоносов знал только то, что знали люди до него, а мы знали бы не больше Менделеева. Судя по вашим доводам и еще по тому, что вы сердитесь, вы живете на уровне знаний прошлого века. Но нам так легко договориться. Вам чужда предвзятость — вы не отрицаете факты только оттого, что они кажутся вам необъяснимыми. Другой на вашем месте, то есть какой-нибудь чуждый диалектике догматик, просто кинул бы камень в фотон из-за этой его злосчастной нулевой массы покоя… Я помню, как до войны один московский профессор N «бросал камни» в теорию относительности. Сейчас в это даже не верится, но к переизданию старых лекций Лоренца, читанных еще до появления работ Эйнштейна, он через двадцать пять лет после этих работ написал предисловие, полное надежд на воскрешение эфира!.. Такие вещи бывают. Не хочу называть его имени — дело прошлое, и человек он был искренний, располагавший к себе, много знавший. Кстати, он, как и вы, носил красивую профессорскую бородку. Не курчатовскую партизанскую вольную бороду, а такую, знаете, холеную бородку… Почему кстати? А потому, что его бородка была в те тридцатые годы ужасно старомодной, как и ваша сегодня. Она, словно нарочно, напоминала о девятнадцатом веке, которому он целиком принадлежал.

— Прекрасный век естествознания! Дарвин, Лобачевский, Фарадей, Менделеев, Максвелл…

— О, еще бы! Но дело в том, что за ним пришел двадцатый. Эйнштейн, Павлов, Резерфорд, Бор… За одну только первую четверть нашего столетия наука узнала столько нового и неожиданного о природе, что нынешний век сразу стал достоин своего великого предшественника и, пожалуй, даже превзошел его. Так мне кажется. Но мы совсем забыли про массу покоя световой частицы.

— Я-то не забыл! — возразит старый учитель. — А вот вы, видимо, решили отделаться от меня обычными ссылками на новаторские, но непонятные идеи двадцатого века. И отчего это именно в двадцатом веке столько непонятного появилось и в искусстве и в науке? — усмехнется он, но прикусит язык, вспомнив, очевидно, про непонятный эфир, про сомнительную пустоту, про необъяснимое действие на расстоянии, про наивные атомы-шарики… — Нет, так дело не пойдет! — добавит старый учитель. — Я люблю ясность. Я человек не трусливый — я даже фактов не боюсь, а уж логики-то и подавно. И не думайте, что я хочу вас любой ценой опровергнуть, я хочу вас только понять.

— Спасибо, черт возьми. Тогда все будет в порядке! — воскликнет обрадованный физик. — Факты и логика, логика и факты! Про теорию относительности вы что-нибудь знаете?

— Почти ничего. Общие слова.

3

После коротенькой паузы физик скажет:

— Ну и прекрасно. Сейчас вы неизбежно сами придете к ее идеям… Итак, какой же вывод вы сделали из утверждения, что масса покоящегося фотона равна нулю? Вы вспомнили, что покой — вещь относительная. Бесспорно. А затем вы предположили, что если вам удастся лететь вместе с фотоном, то для вас он будет покоиться и, следовательно, масса его станет для вас нулевой, и он исчезнет. А в это же самое время он будет продолжать существовать для других! Так как очень понятно, что это вопиющая чепуха, или, как вы только что заметили, чертовщина, то остается искать изъяны в вашем рассуждении.

— Но оно так просто и безупречно! — улыбнется старый опытный спорщик. — Конечно, фотон будет продолжать существовать, даже когда я его догоню. Но тогда, следовательно, он не окажется в состоянии покоя по отношению ко мне, потому что иначе он исчез бы… Однако это же, согласитесь, бессмыслица: мы летим рядом, а покоя друг относительно друга у нас нет? Не понимаю, как это возможно. Хоть объявляйте меня недорослем или старым дураком — не понимаю, как это возможно?

— Конечно, это невозможно. Мы не замечаем полета Земли, потому что летим вместе с нею. Какой же у нас остается логический выход? Раз уж вы не боитесь логики, выход остается один: считать, что вы никогда не сможете лететь рядом с фотоном. Представьте себе, что вам посчастливилось быть гимназическим учителем мальчика Альберта Эйнштейна. Тогда на его вопрос вы должны были бы ответить, что попытка поймать, или, точнее, догнать, световой луч заведомо обречена на неудачу. Вот в чем все дело.

— Обречена на неудачу заранее? Что это значит? Ах, понимаю, вы, очевидно, хотите сказать, что я технически не смогу достигнуть скорости света? Это, наверное, действительно трудно. Но это же несерьезный разговор: я проделываю мысленный опыт. Меня совершенно не интересует, как я приобрету скорость фотона. Мы в девятнадцатом веке, да и наши предки тоже никогда такими вещами при рассуждениях не интересовались.

— Напрасно… — скажет физик. — Как вы будете приобретать такую скорость, действительно совершенно не важно. Но сможете ли вы ее приобрести принципиально, допускают ли это физические законы природы, а не только наше, математическое воображение, это очень важно. Вы же материалист. Мы только что убедились, что если бы это было возможно, то фотон исчез бы, в то же время продолжая существовать. У нас нет выбора: это невозможно. Согласны?

— Согласен… — подумав, ответит честный учитель. — То есть я был бы согласен, если бы фотон двигался с бесконечной скоростью. Тогда предположение, что я лечу рядом с ним, и вправду потеряло бы всякий смысл: при бесконечной скорости ни фотону, ни мне не нужно было бы никакого времени, чтобы оказаться где угодно — у соседнего дома, у Луны, у Крабовидной туманности, словом — на любом расстоянии от места вылета. Потому что, если бы на это требовалось какое-нибудь, пусть самое маленькое, время, наша скорость не была бы бесконечной. При бесконечной скорости фотон или я могли бы в момент вылета находиться и в самом месте вылета и как угодно далеко от него. Физически, бесконечная скорость — бессмыслица. Слава богу, мы живем не во времена Ньютона, когда считалось, что физическое действие может распространяться мгновенно: ведь именно так действовали у Ньютона силы тяготения — не мне вам об этом рассказывать и не мне вам напоминать, что скорость света была измерена еще при его жизни, что она велика, а все-таки конечна — триста тысяч километров в секунду. Значит, фотон движется именно с такой быстротой. Что же может мне помешать набрать такую скорость — триста тысяч километров в секунду? Не практически, а принципиально? Это запрещают какие-нибудь законы природы? Мне это неизвестно.

— В девятнадцатом веке это никому не было известно, — улыбнется физик, — кроме самой природы. А она нема, пока ее не спрашивают, и вслух своих законов не рассказывает, хотя вовсе их и не скрывает. Но мы с вами рассуждаем как ученые, и в каком бы веке мы ни жили, если бы нам уже были известны два факта: первый — что масса частицы света в покое равна нулю, и второй — что скорость этой частицы равна тремстам тысячам километров в секунду, мы неизбежно сделали бы вывод, что никакое материальное тело не может набрать такой скорости. Иначе фотон оказался бы по отношению к этому телу в покое и должен был бы почему-то исчезнуть. А в чудеса мы не верим.

— Не верим! — отзовется старый учитель.

— Стало быть, в природе существует предельная физическая скорость. Это скорость света. Сначала кажется, что с этим трудно примириться. Но вы сами только что убеждали меня, что бесконечная скорость реального движения — физическая бессмыслица. Стало быть, уж вас-то существование предельной скорости не очень должно смущать. Кстати, вот ещё один занятный довод в пользу скорости света, как предела скоростей… Представим на минуту, что все-таки вам удалось лететь быстрее светового луча. Тогда вы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником до момента вашего вылета. Сначала догнали бы, скажем, вчерашний свет, потом — позавчерашний, потом — свет, покинувший источник еще год назад. И так далее. Если бы таким источником было зеркало, отражающее жизнь, вы сначала увидели бы картину вчерашнего дня, потом догнали бы картину еще более раннюю, потом — еще более раннюю. Словом, вы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия в таком отражении процесса жизни поменялись бы местами.

— Да, к слову сказать… — перебьет физика старый учитель, — древние ацтеки изображали своего верховного бога с полированным каменным зеркалом в руках. И они верили, что в этом зеркале отражаются все события, происходящие в мире. Вы можете использовать для своего парадокса это легендарное зеркало южноамериканских индейцев.

— Прекрасно! — скажет физик. — Так вот, обгоняя лучи, уносящие от полированного камня последовательное отражение событий всей жизни какого-нибудь человека, вы сначала увидели бы старика, потом юношу, который на ваших глазах превращался бы в ребенка. И все это не было бы игрой вашего воображения, если бы была реальна ваша способность обгонять свет. Получилось бы, что направление течения жизни, последовательность причин и следствий — чистая условность. Все зависело бы от наблюдателя: для остальных людей прошлое предшествовало бы будущему, а для вас будущее было бы сначала, а прошлое — потом. Кстати, этот парадокс, не столько физический, сколько умозрительный и логически не совсем безупречный, подспудно содержался в том странном вопросе, который занимал гимназиста Эйнштейна. Между прочим, думали вы над тем, какие это были замечательные годы в истории физики — годы ранней юности Эйнштейна? Ему было пятнадцать-шестнадцать лет, когда в России Александр Попов, в Новой Зеландии Эрнест Резерфорд, в Италии Гульельмо Маркони искали и нашли способ приема и передачи радиоволн, в Германии Вильгельм Рентген открыл всепроникающее коротковолновое излучение, во Франции Анри Беккерель ставил опыты, завершившиеся открытием радиоактивности, в Англии Джозеф Томсон уже шел к доказательству существования электрона… Двадцатый век естествознания зрел в лабораториях и головах ученых.

— Вы увлекаетесь и уходите в сторону от спора.

— Это простительно. Мне просто захотелось сказать вам, что мысль Эйнштейна росла и крепла в благодатную пору широких и разнообразных научных исканий и неожиданных великих Находок. А что касается парадокса об обратном порядке причин и следствий, то уже понятно, как с ним справиться. Надо согласиться, что скорость выше световой не разрешена природой ни для какого перемещения материи в пространстве: в этом парадоксе прежде всего нереально предположение, что ваше тело может с успехом соревноваться в скорости со светом, нереальна ваша физическая плоть, возомнившая, что она способна не только догнать, но еще и обогнать световые лучи.

— Да-а, интересно… — скажет старый учитель. — Мне это по душе. Но вот что может смутить многих людей: мыслью каждый способен перенестись на Солнце в мгновение ока, а свет доходит оттуда только за восемь с лишним минут. Не получается ли, что человеческая мысль есть нечто гораздо более быстрое, чем свет? Допустить, что мысль — нематериальное чудо, я не могу. Представить, что для мысли законы природы не писаны, тоже не могу. Как же быть?

— Ну, это-то очень просто! — улыбнется физик. — Когда вы мыслью переноситесь на Солнце, физический — материальный — процесс происходит не между Землей и Солнцем, а только в клетках вашего мозга. Что-то там, несомненно, перемещается, что-то материальное совершается — биофизики и биохимики когда-нибудь сполна расследуют этот сложный механизм… И, к слову сказать, без науки об элементарных частицах им это сделать вряд ли удастся. Но расстояния в мозговых клетках так малы, что даже при небольшой скорости процесса мысли этому мозговому процессу на ваш полет от Земли до Солнца требуется ничтожно мало времени. Вот какой реальный смысл имеет выражение «во мгновение ока».

— Да, я сообразил это сразу, но не захотел вас перебивать. И, знаете, кажется, я догадываюсь, с каким свойством материи должно быть связано существование предельной скорости… Правда, такая догадка меняет привычную картину движения материальных тел, которую я столько лет рисовал перед ребятами в моей школе, но эта старая картина все равно теперь не годится.

— Я же сказал, что мы с вами легко договоримся! — с радостью подхватит это признание физик. — Даже без математики договоримся! Давайте сюда вашу догадку…

И вот что он услышит, все время кивая головой в знак согласия и больше уже не замечая старомодной бородки на воодушевленном лице помолодевшего учителя.

4

Материальные тела — и гигантские звезды и крошечные частицы — не способны без какой бы то ни было причины менять состояние своего движения, если они равномерно движутся по прямой. Пока скорость не меняется, остается неизменной энергия тела. Увеличилась скорость — возросла энергия движения. Но это значит, что для увеличения своей скорости тело откуда-то должно энергию черпать.

Вот оно ее зачерпнуло. Как изменится скорость тела? Вернее, насколько она увеличится? Даже не знающий механики человек быстро сообразит: наверное, это зависит от того, какому количеству материи приходится изменять свою скорость. Иначе говоря, это зависит от массивности тела. Мы неспроста с самого начала гордились массой наших спутников Земли. И неспроста именно их массивности больше всего удивлялся мир: тем труднее придать ракете нужную скорость, чем больше ее масса.

Так вот, вообразим ракету, запущенную с единственной целью: набрать скорость света. Пусть будет дана ей «зеленая улица»: все внешние обстоятельства, какие могут помешать ей достичь этой цели, пусть будут решительно устранены. Все образцово налажено! Горючее? Его сколько угодно. Трение? Его нет. Несовершенства формы и материала ракеты? Они начисто ликвидированы. Недочеты в устройстве механизмов? Нет недочетов! Летит идеальная ракета. И все равно световой скорости, как мы убедились, ей не набрать.

Так как это принципиально невозможно, то, очевидно, есть все-таки что-то в самой ракете, никакими способами не устранимое, что должно помешать ей беспредельно увеличивать скорость. Что же это такое?

Все можно сделать с нашей идеальной ракетой, кроме одного: превратить ее в нечто нематериальное — лишить ее массы! Стало быть, тут и надо искать корень зла. Больше негде.

Так, может быть, с маленькой ракетой дело пойдет успешней, чем с большой? Поначалу — да. Мальчика легче перевести с шага на бег, чем необъятного толстяка. Ускорять протоны на ускорителе легче, чем тяжелые ядра. Но предел скоростей — 300 000 километров в секунду для всех тел один. Это получается с неизбежностью, потому что нет такого тела — ни малого, ни большого, — по отношению к которому фотон оказался бы в покое. Значит, и протон, и мальчик, и толстяк, подбираясь к этой предельной скорости, должны очутиться в одинаковом положении. В каком же? В таком же, как и ракеты разной массы.

То, что их сперва отличало друг от друга — разница в массах, у предела скоростей, очевидно, перестает отличать их. Ничего другого предположить нельзя, раз корень зла может скрываться только в самой материальности тел. При скорости света уже никакой новый расход горючего, никакой приток энергии не в состоянии был бы ни на йоту еще увеличить их скорость. Иначе это не был бы предел! Но какой же должна оказаться масса тела, чтобы никакие усилия не могли с нею ничего поделать? Ясно, что бесконечной!

Стало быть, приближаясь к пределу — к скорости света, и протон, и мальчик, и толстяк, и любая ракета становятся неодолимо «тяжелыми». Тогда разница в их первоначальных массах действительно стирается. И скорость, равная световой, действительно становится для них одинаково недостижимой.

Иногда можно встретить неаккуратную фразу: «Частицы движутся в космических лучах со скоростью света», или: «На дубенском синхрофазотроне физики ускоряют протоны до световой скорости». Тут пропущено маленькое словечко — почти! Почти до скорости света… — вот это возможно. А если бы эти частицы в самом деле приобретали в космическом пространстве или в камере ускорителя точно скорость света, они приходили бы в лаборатории физиков бесконечно тяжелыми. Это было бы катастрофическое чудо.

5

Так упрямый материалист нашел самую естественную материальную причину существования предела скоростей: от величины скорости зависит величина массы тела, и эта зависимость такова, что масса становится бесконечной, когда скорость становится равной световой.

Этот вывод получился вынужденно, неизбежно: если бы к моменту достижения скорости света масса нашей идеальной ракеты еще не стала бесконечной, ничто не могло бы помешать ракете увеличивать скорость и дальше.

Конечно, одними рассуждениями учителю трудно было установить еще и математическую форму этого закона возрастания массы. Но то было уже дело третьестепенное. Ему открылось самое важное — новый, неведомый в XIX веке физический закон природы.

Это было и неожиданно и радостно, как обретение всякого нового знания, и вместе с тем немножко страшновато: прежняя картина движущейся материи действительно рушилась на глазах!

Масса физических тел всегда представлялась неизменной. Всегда думалось, что природа или человек могут увеличить или уменьшить ее лишь хирургическим путем: оторвать от тела кусочек вещества или прилепить новый кусочек, позаимствовав его в другом месте. Это и называлось законом сохранения массы. И вот оказалось, что дело обстоит иначе.

Закон сохранения массы словно бы повис на волоске: еще одно прикосновение неумолимых физических фактов и такой же неумолимой логики — и волосок оборвется. Что же будет тогда?

Старый учитель, не боящийся логики, на минуту даже глаза прикрыл — ему вдруг представился мир, в котором масса прибывает и прибывает без малейшего изменения количества частиц вещества! Она прибывает и прибывает только оттого, что звезды во вселенной и электроны в атомах начинают двигаться все быстрее. И тотчас эта картина сменилась в его воображении другой — картиной исчезновения массы без того, чтобы она появлялась где-то в соседнем месте: звезды и электроны стали двигаться медленнее, и масса их начала таять. Старик уже поднял кулак, чтобы с силой грохнуть по столу: «Это бред! Этого не может быть, потому что…» Он чуть не добавил: «Потому что этого не может быть никогда», но вспомнил Чехова и улыбнулся. «Я, кажется, слишком тороплюсь, — подумал он и разжал кулак, — с этим двадцатым веком нельзя шутить, а я забыл, что ворвался в него из Девятнадцатого. Надо подумать, надо внимательно подумать, а то как бы не стать догматиком, вроде служителей папы».

И он задумался. А физик не приходил ему на помощь своими безупречными математическими формулами. Он знал, что человек, решивший думать, а не повторять одни только старые истины, с наукой не поссорится никогда.

6

Под сомнение стал незыблемый закон сохранения массы.

А почему незыблемый? Да потому, что масса — мера количества материи. Появление массы из ничего или превращение массы в ничто — это равно нелепая вещь и для физика (даже далекого от философии) и для философа (даже далекого от физики).

Имеют ли смысл слова «за пределами вселенной»? Таких пределов нельзя вообразить, ибо тогда надо представить себе, что за ними должно быть что-то, от чего они отграничивают вселенную, а все, что есть, ее и составляет. Мир не может выпрыгнуть из себя, потому что, кроме него, ничего нет. Можно вообразить себе любые превращения материи, кроме одного — уничтожения, потому что тогда что-то должно было бы стать чем-то, что не есть материя, чем-то, что не принадлежит вселенной. Но ей принадлежит все. Материи некуда деться, и ей неоткуда родиться, потому что она есть источник самой себя.

И когда старый учитель подумал в смятении, что закон сохранения массы висит на волоске, он, как настоящий материалист, принял единственно возможное для него решение: опереться на то, что грозило рухнуть, — опереться на всеобщую материальность мира и с ее помощью выйти из беды.

И он тотчас все понял! Немедленно все разъяснилось…

Он сказал себе: «Раз ракета, ускоряясь, приобретает массу, значит кто-то ее теряет? Надо только выяснить — кто и каким образом?» Это было так просто, что лицо его сразу просветлело.

Он прикинул: что, собственно, происходит в окружающем мире во время полета ракеты? Именно в окружающем мире, то есть за пределами ракеты, потому что не может же она сама себя снабжать новой массой?! Однако ракета ведь идеальная — ей создана «зеленая улица»: все воздействия извне устранены.

Но правда ли, что все? Тогда откуда она берет энергию для увеличения скорости? Нет, совершенно так же, как ракету нельзя избавить от ее массы, так нельзя освободить ее от постоянного общения с источником энергии для осуществления полета. Каков этот источник — вопрос техники. Но каков бы он ни был, одно не подлежит сомнению: все, чем обогащается ракета, может черпаться только из источника энергии! Других связей с окружающим у нее нет.

Что же происходит? Приобретая энергию и увеличивая скорость, ракета в конечном счете приобретает массу; наращивая одно, она неотвратимо наращивает другое. А источник? Отдавая запасы своей энергии ракете, может ли он избежать и дальнейшей участи — потерь в своей массе? Очевидно, не может. Иначе у ракеты была бы еще какая-то связь с окружающим, кто-то другой одалживал бы ей массу, подобно тому как источник одалживает энергию. Но никого и ничего «другого» не дано: вся судьба ракеты в руках источника энергии. Значит, это он же каким-то образом снабжает ракету и новой массой за свой собственный счет.

7

Ах, если бы еще представить себе реально, как все это физически происходит! Не налипают же в самом деле частицы вещества из источника, скажем — крупицы горючего, на корпус ракеты. Это очень наивная бессмыслица. Да, кроме того, если бы они и налипали, то, став теперь частью ракеты, они вместе с нею тоже увеличивали бы свою массу из-за возрастания скорости. За счет чего же? Что на них «налипало бы»? Да, наконец, ни о каких крупицах горючего мы вообще ничего не знаем, не ведаем: в принципе ракету можно механически толкать, можно придать ей заряд и ускорять ее электрическим полем, можно тащить ее на идеальном тросе через идеальный блок… Опыт у нас воображаемый, способ передачи энергии ракете нам абсолютно безразличен.

Количество атомов, из которых состоит тело ракеты, остается неизменным все время. А масса растет! Каждый атом ракеты как бы набухает новой массой при увеличении скорости. Но и в атоме при этом не появляется ни новых электронов, ни новых ядерных частиц. Им неоткуда взяться. Значит, каждая атомная частица становится «массивней» оттого, что, участвуя в убыстряющемся полете, делается все «энергичней». Эти слова можно бы и не брать в кавычки: частицы действительно нагружаются все новой и новой энергией движения и одновременно почему-то «прибавляют в весе».

Так как источник передает частицам ракеты только энергию, у нас, не верящих в чудеса, снова нет выбора: мы должны признать, что именно энергия приносит с собою новую массу. Приток первой равносилен притоку второй.

Энергия и масса — нечто единое.

И не нужно ударять кулаком по столу. Закон сохранения массы соблюдается вместе с законом сохранения энергии. Два этих фундаментальных закона природы объединяются теперь в один. А представление о всепроникающей материальности мира не только не несет при этом никакого ущерба, но, напротив, становится исчерпывающе полным.

И мысль о мире, в котором прибывает и прибывает масса оттого, что звезды во вселенной и электроны в атомах начинают двигаться быстрее, теперь заставила учителя улыбнуться. «Как могла прийти мне в голову такая нелепая карта-, на! — упрекнул он самого себя. — Все звезды и все электроны не могут начать двигаться быстрее одновременно. Откуда взяли бы они для этого нужную энергию? Кто передавал бы им вместе с энергией массу? Если какие-то тела убыстряются, другие неизбежно замедляются. Вот в чем дело! Нельзя пугаться бессмыслиц».

Старый учитель все-таки снова был и обрадован и смущен этим новым знанием — этим законом единства энергии-массы: уж очень далеко пришлось ему отойти от всего того, что когда-то, в XIX веке, другой старый педагог — университетский профессор с такою же земской бородкой — рассказывал ему, тогдашнему студенту, на лекциях по физике.

Нелегко было поверить, что нагретый утюг должен быть тяжелее самого себя — холодного; что жар увеличивает вес больного; что птица в клетке легче птицы в полете; что Солнце, непрерывно источая свет и тепло в пространство, теряет вместе с энергией часть свой массы — буквально тает на глазах человечества… Один известный физик сравнительно недавно говорил, что он не может допустить мысли, будто возрастание скорости электрона постепенно «превращает его в арбуз». Этим уничижительным карикатурным арбузом он хотел высмеять то, чего не в силах был опровергнуть и с чем не могло примириться его классическое сознание.

И тем не менее с железной необходимостью оказывается, что и утюг, и птица, и Солнце не могут избежать подобных превращений — не могут-«вести себя» иначе: приход и расход энергии — это приход и расход массы. И электрон, доведенный почти до скорости света, способен стать «тяжелее» не только арбуза, но и Земли, и всех звезд Галактики, и вообще — любой конечной массы во вселенной. Все зависит лишь от того, как мало будет отличаться его скорость от световой.

Это теоретически. А практически — вся штука в том, как довести электрон до этакой чудовищной скорости.

«А пожалуй, — подумал неуступчивый, но последовательный старый учитель, — такое положение вещей естественно: разве легче примириться с мыслью, что материальное естество любого физического тела должно оставаться совершенно безучастным к такому важному событию, как изменение энергии этого тела? Так веками считали ученые. Так меня учили в школе, и я учил других. Но, по совести говоря, безучастность материи к собственному движению давно должна была бы показаться подозрительной и физикам и философам. Последние, пожалуй, могли бы даже заранее предсказать, что когда-нибудь физики откроют внутреннюю связь между массой и энергией тел. Удивительно, что философы этого не сделали! Еще удивительней — почему физики так долго этой связи не замечали?»

Он хотел сам найти ответ на этот вопрос. И вспомнил, что ведь еще сравнительно недавно врачи не знали о существовании микробов, хотя человечество никогда не уставало болеть. Над Пастером смеялись его Коллеги, а в это самое время микробами кишела вода, которой запивали они свои долгие протестующие речи. Он вспомнил и про бесконечные споры о существовании атомов… Слишком малое может ютиться подле нас и в нас, а мы не будем о нем подозревать!

И тогда ему пришла в голову простая догадка: наверное, даже огромному приросту энергии тела соответствует очень малый прирост массы — такой малый, что на обычных весах его не измеришь. Если это действительно так, то многовековая слепота физиков простительна — то была слепота их несовершенных инструментов.

8

Конечно, старый учитель и на сей раз был прав. Физик тотчас показал ему знаменитую формулу связи энергии и массы — одну из замечательнейших формул в естествознании.

Приводить ли ее здесь или нет? Мы ведь молча условились разговаривать без математики. Но все-таки трудно удержаться от соблазна — нужно хотя бы полюбоваться простотой этой формулы:

Е = М·С 2 .

где Е — энергия,

М — масса,

С — скорость света.

Сразу видно, что даже в крошечной массе заключена громадная энергия, потому что малая величина этой массы умножается на колоссальную величину — квадрат световой скорости. И наоборот: даже огромная энергия обладает ничтожно малой массой.

К тому моменту, когда наша полуторатонная ракета, полетевшая в сторону Луны, достигла второй космической скорости — 11,2 километра в секунду, ей была передана гигантская энергия. Но масса ракеты возросла от этого лишь на один миллиграмм. Только и всего… Какую же мизерную прибавку в весе испытывает, скажем, раскаленный утюг? Или больной, разметавшийся в жару? Пусть температура у бедняги подскочила на три градуса — с тридцати семи до сорока, а весит он килограммов 70, а то, что можно назвать теплоемкостью, пусть равно для его тела теплоемкости воды — 1; тогда тело его станет вместилищем примерно 210 больших калорий лишней тепловой энергии. Какова масса этого излишка? Превратив калории в эрги, выразив скорость света в сантиметрах в секунду, возведя ее в квадрат, получив грандиозное число с 20 нулями — 900 000000 000 000 000 000, а затем разделив энергию на это число, мы выясним, что больной «потолстел» приблизительно на одну стомиллионную грамма. Не много, не правда ли?

Никакие опыты на протяжении многих веков не могли дать физикам никаких указаний на «прибавку в весе» у движущихся тел. В нашем мире сравнительно медленных и тяжелых вещей такие прибавки — гномы в царстве великанов. Сама Земля летит по своей орбите в 10 тысяч раз медленнее фотона. Так могло ли наблюдение обычных земных скоростей навести ученых на мысль, что масса тел растет вместе-со скоростью?

И все-таки еще до Эйнштейна два физика сумели опытным путем близко подойти к открытию великого закона эквивалентности энергии и массы. Совсем близко! Это были профессор Лебедев, работавший со светом, и профессор Кауфман, работавший с электронами.

Петр Николаевич Лебедев, чьим именем гордится мировая наука, доказал, что существует давление света, предсказанное еще Максвеллом. Он доказал это столь же тонко и просто, сколь и неопровержимо: в его поразительных опытах световой луч от вольтовой дуги поворачивал крылышки легчайшего пропеллера, подвешенного на нити, и, таким образом, закручивал эту нить.

Свет механически работал! Как ветер, как град… Поток электромагнитной энергии обнаруживал воочию, что он обладает массой. Сообщение Лебедева на Всемирном конгрессе физиков в Париже принесло ему широчайшую известность. А науке оно принесло уверенность, что нет никакой пропасти между «чистой энергией» (свет) и «чистой массой» (вещество).

И снова достойно внимания, что это произошло на рубеже, отделявшем прошлый век от нынешнего, — в том самом 1900 году, когда Планк выдвинул гипотезу квантов. На том же парижском конгрессе физиков Мария и Пьер Кюри докладывали о первых успехах в изучении радиоактивности. И в том же Париже, в том же самом году, другой конгресс — электротехнический — наградил Александра Степановича Попова дипломом и золотой медалью за изобретение радио.

Есть у выдающихся событий в истории науки такое обыкновение — сгущаться на коротком отрезке времени, потом оставлять как бы пустыми несколько лет, потом снова сгущаться. Так было в 1895–1896, 1900, 1905 годах. Но и у всех последующих десятилетий нашего века бывали свои счастливые высокоурожайные годы. Одна из таких памятных вех в истории изучения первооснов материи помечена совсем недавними годами — 1955–1956… Такие сгущения исторически не случайны, так же как не случайны обильные урожаи на упрямо, изо дня в день возделываемом поле.

9

В легком и быстром мире — в мире элементарных частиц — эквивалентность энергии и массы проявляется так броско, так ощутимо, что если бы этот закон и не был открыт в 1905 году как ближайшее следствие теории относительности, он все равно возник бы в атомной физике как рабочая гипотеза, а потом… А потом, раньше или позже, все равно была бы создана широкая общая картина движения материи, совпадающая с той, что открылась в работах Эйнштейна. Может быть, она, эта картина, не называлась бы тогда теорией относительности, а именовалась бы как-нибудь по-другому, но скорость света все равно удостоилась бы в ней особого места, как величина, предельная для физических скоростей. И тогда временная рабочая гипотеза экспериментаторов сама собой превратилась бы в строго установленный, нерушимый и всеобщий закон: Е = М·С2.

Двадцатишестилетний эксперт третьего класса Альберт Эйнштейн, стоя за служебной конторкой в тиши Швейцарского патентного бюро, вывел закон эквивалентности чисто теоретически, на клочке бумаги, и жаждал его опытной проверки. Атомники-экспериментаторы нащупали бы этот закон в шумном многолюдье своих лабораторий чисто практически:

иначе они просто не могли бы никак объяснить странностей в поведении атомных частиц.

В самом деле: помните сравнение скорости протонов, летящих по узкой дорожке в камере Дубенского ускорителя, со скоростями наших первых спутников Земли?.. Когда-нибудь фотонные ракеты, быть может, полетят в мировое пространство со стремительностью дубенских протонов. И тогда масса этих ракет возрастет уже не на какие-то жалкие миллиграммы: при скорости в 260 тысяч километров в секунду каждая ракета удвоит свою массу — было полторы тонны, станет три. Но протоны в Дубне путешествуют еще быстрее. Накопив 10 миллиардов электроновольт энергии, каждый из них более чем удесятеряет свой вес. И, разумеется, физики отлично чувствуют в своих опытах и расчетах такое увеличение массы своих подопечных — ведь это увеличение больше чем на тысячу процентов! Это увеличение заранее «почувствовали» и конструкторы ускорителя.

Протоны-миллиардеры в Дубне становятся по тяжести подобными атомам углерода. Ускорять их делается все труднее по мере того, как они постепенно тяжелеют. Надо изменять то время, в течение которого переменное электрическое поле нарастает, чтобы отяжелевшие протоны попадали на «.пояски ускорения» в нужный момент, а не запаздывали из-за своей увеличивающейся грузности. Конструкторы это предвидели, создавая сложную машину.

Короче говоря, есть уже в сегодняшней технике случаи, когда без всеобщего закона Е = М·С2 не могут обойтись даже инженеры. Из теоретической эта формула стала достоянием технических руководств. А что делали бы без нее физики-атомники?

Как в комнатах кривых зеркал, где стройные красавцы выглядят головастиками-уродцами, отражался бы в лабораторных приборах непонятно искаженный микромир. Было бы отчего прийти в отчаяние. «Что за наваждение! — говорили бы друг другу физики. — Либо наши приборы безнадежно врут, либо мы не знаем чего-то самого главного».

Заметьте — самого главного!

Наверное, раздадутся голоса:

— Возвращайтесь в Дубну, возвращайтесь на Арагац! Рассказывайте о сегодняшних днях науки. Хватит отступлений!..

Должен сознаться, что с первоначальным замыслом этих «путевых заметок» действительно что-то случилось по дороге. Я вдруг почувствовал, что рассказ о работе наших ученых в Дубне, о драматических поисках новых частиц на Арагаце и вообще рассказ о науке, изучающей глубины материи, будет удручающе темным и никому не нужным, если не попробовать по возможности простыми словами изобразить неизбежность странного мира, в который погружает человека современная физика.

Этот странный мир — сама природа, с теми ее законами и повадками, какие оставались неизвестными классической физике. А в школах все мы проходили начатки только этой старой физики. И до сих пор средняя, для всех обязательная, школа почему-то лишь с классическими представлениями и знакомит большинство человечества. А потом, после школы, это большинство уже никогда с физикой не соприкасается: другие интересы, другие заботы одолевают людей — каждого по роду его деятельности. Успев на школьной скамье стать современниками Ньютона, мы не успеваем стать современниками Эйнштейна. Озабоченная только тем, чтобы мы знали назубок законы Ома и Гей-Люссака, с которыми, вообще-то говоря, нам в жизни потом решительно нечего делать, хотя знать их, конечно, полезно, школа совершенно не заботится о нашем физическом мировоззрении. А между тем каждый жаждет хотя бы почувствовать неизбежность и осознать необходимость той неклассической, по слухам — совершенно непонятной, картины движущейся материи, которую рисует физика XX века.

Потому-то, может быть, отступления и должны быть самым главным в этом рассказе об элементарных частицах, и потому-то, пожалуй, незачем скупиться на мнимые «уходы в сторону».

…Пора бы передохнуть от рассуждений, но не тут-то было: разве рассеялись все сомнения, вызванные у нас непостижимым сообщением энциклопедии, что масса покоя фотона равна нулю?

Непостижимым? Нет, справочники не загадывают загадок, они только информируют. Узнав необычный факт, мы постарались с ним примириться. Однако состоялось ли примирение до конца?

Хорошо, решили мы, раз масса покоя у световых частиц нулевая, значит они в покое пребывать не могут под угрозой гибели. Значит, догнать их и заставить покоиться относительно чего бы то ни было нельзя. Значит, скорость света — наибольшая из возможных скоростей, и другие материальные тела достигнуть ее не могут. Значит, масса их растет вместе со скоростью, чтобы в пределе — при скорости световой — сделаться бесконечной. Значит, прибавление энергии движения равносильно прибавлению массы. Между массой и энергией есть прямая связь!

Накапливая эти неизбежные выводы, мы словно бы забыли о фотоне, с которого все началось. Но теперь, взглянув на него новыми глазами, мы окунемся в новые сомнения, которые могут показаться совсем уж безысходными.

10

Сомнение первое… Фотон материален, а между тем летит со скоростью света. Предел, недостижимый для других материальных частиц, оказывается достижимым для частицы света! Что же она такое в отличие от иных физических тел — в отличие от ракет или протонов?

Конечно, масса движущегося фотона не становится бесконечной оттого, что он мчится со световою скоростью. Иначе он не мог бы существовать и в движении.

Его массу в движении очень легко установить: ведь по своей физической природе частица света — это квант излучения, или порция электромагнитной энергии. Закон Е = М·С2 тотчас позволяет узнать массу этой порции, так же как прибавку в весе у больного, разметавшегося в жару, так же как массу любого количества любой энергии: надо только величину кванта Е разделить на С2.

И вот получается, что квант или фотон фиолетового света в 150 тысяч раз легче покоящегося электрона — легчайшей из крупиц вещества. А фотон красного света еще в два раза легче фиолетового кванта. Помните, Ньютон думал совсем другое: он полагал, что корпускулы красного конца солнечного спектра — самые большие, а фиолетового конца — самые малые. У него не могло быть никакого представления о подлинной природе корпускул света. Но то, чего уж и вовсе не мог бы вообразить Ньютон, так это будущей предательской роли световых частиц по отношению к его, ньютоновой, механике.

Возродившись через двести лет в виде квантов-фотонов, световые корпускулы возглавили вместе с электронами бунт элементарных частиц и атомов против старых законов движения и взаимодействия материальных тел. Они сразу вошли в подчинение законам Эйнштейна, а потом потребовали еще и создания новой механики — квантовой. (Об ее идеях — речь впереди, во второй части книги.) А сегодня им уже и этого, кажется, мало!

Так вот — о массе движущегося фотона…

Хоть она и ничтожна, но перегружена загадками.

Протоны в Дубне, прежде чем пуститься в свои 25 кругосветных путешествий по камере ускорителя, покоятся. Точнее, лениво расхаживают с малыми тепловыми скоростями по камере водородного источника (вы помните, конечно, что протоны — это просто ядра водорода). Понижая температуру, их можно заставить совсем, замедлить движение — их можно остановить. Иными словами, у них и в покое есть реальная масса. Им есть что удесятерять по мере ускорения, когда энергия их движения начинает постепенно нарастать до 10 миллиардов электроновольт. И у космической ракеты есть реальная масса покоя — ее можно легко определить на весах перед началом рейса. Ракете тоже есть что увеличивать в пути.

А у фотона ничего этого нет. Так и просятся на язык слова сочувствия: «Посмотрите, ему сейчас отправляться в дальнюю дорогу с сумасшедшей скоростью в 300 тысяч километров в секунду, а он еще не запасся никакою массой!» Действительно, даже за мгновение до старта фотона еще не существует — «не на что смотреть»: его масса покоя равна нулю.

Как же накапливает фотон свою массу движения? Да и годится ли здесь слово «накапливает»? Накопление — дело постепенное, а фотон вначале был ничто — нуль. Ускорять ничто нельзя — нуль нельзя ни удваивать, ни удесятерять, все равно он останется нулем. Как же возникает масса движущегося фотона?

Остается предположить только одно: фотон сразу приобретает всю свою массу — скачком! Он не разгоняется постепенно, а с момента рождения обладает всей своей скоростью — всей своей энергией.

Вообразим на минуту, что источник света излучил фотон-недоделку: все хорошо, только скорость его меньше световой. Он уже излучен — уже существует, то есть у него уже есть масса, эквивалентная его энергии, а скорости своих собратьев он еще не набрал. И вот он начинает каким-нибудь способом тянуться за ними. Тщетно! Скорости света он уже никогда не наберет. Чем больше он будет стараться, тем Дольше будет становиться его масса, при скорости 260 тысяч километров в секунду она удвоится, при скорости дубенских протонов — более чем удесятерится, а при скорости, в точности равной световой, должна будет возрасти в бесконечное число раз, иначе говоря — эта скорость станет для него недостижимой. Воображаемый фотон-уродец уже никогда не смог бы сделаться настоящим фотоном: световой частицей. Оттого таких уродцев и не может излучить никакой источник — они не были бы электромагнитным излучением.

Поразительные создания эти фотоны! Другая скорость, чем 300 тысяч километров в секунду, для них невозможна, когда они летят через пространство, свободное от вещества. Они появляются из источника излучения, как мальки живородящих рыб: совсем готовенькие, оформившиеся до конца. Их энергия-масса не нуждается в постепенном росте, они не должны переживать медленного детства, для них словно не существует времени: в самый момент возникновения они обретают все, чем могут вообще обладать. Мы только что пожалели их, а они, оказывается, неслыханные удачники.

В такой исключительности фотонов виновата именно их нулевая масса покоя. Надо ли повторять это снова и снова?.. Но как могли ученые измерить то, чего не существует? Как умудрились они взвесить покоящиеся кванты излучения, если таковых не бывает?.. Все дело в том, что ученые шли не тем путем, какой обрисован здесь, а путем обратным: мы приняли за опытный факт то, что Эйнштейн получил как теоретический вывод. Но зато мы обошлись без всякой математики, без трудных абстрактных понятий. (Вроде «инвариантности законов природы относительно инерциальных систем координат» и других пугающих ученостей.)

Пожалуй, первое сомнение рассеялось: хотя фотоны и летят с предельной скоростью, они не становятся от этого бесконечно «тяжелыми» — не накапливают беспредельной массы. Это возможно только потому, что они ее вообще не накапливают, как и не накапливают скорости, а прямо рождаются и начинают существовать с этой предельной скоростью и никакой другой обладать не могут. Никакой! Вся их — масса одного происхождения — это масса того сгусточка электромагнитной энергии, каким является квант излучения.

Сразу приходит в голову довольно естественная мысль: так не значит ли это, что фотона нельзя не только остановить, но и затормозить, раз он по природе своей не умеет двигаться иначе, как с одной и той же скоростью? Нет, почему же: можно. Но только ценою его гибели…

Гибели?! А это как понять? Материя не уничтожима. Погибая, фотон должен кому-то завещать свою массу-энергию — все свое материальное достояние. Кто же его наследники?

Ученые узнали об этом, когда извилистая дорога познания привела их к исследованию таких волнующих воображение микрособытий, как рождение элементарных частиц и античастиц, к обсуждению таких удивительных вопросов, как вопрос о существовании антивещества и антимиров… Впрочем, это лежит пока за пределами нашего рассказа.

А нам надо попробовать распутать еще два сомнения, пожалуй, более тяжких, чем первое; наверное, самых тяжких для человека прошлого столетия, да, впрочем, и нынешнего тоже.

 

Глава пятая

Противоречие, которое кажется безнадежным. — «Я не умею ошибаться в триста раз!» — Не те километры и не те секунды. — Что же там происходит? — Эта скорость трижды недостижима. — Тревоги маленьких мечтателей. — Космическая печаль. — Легенда или воспоминание? — Второй автограф Эйнштейна. — Призрак, путешествующий в безвременье. — Это микрокентавры.

1

Не кажется ли вам, что мы как-то очень уж категорически разговаривали о скорости света: 300 тысяч километров в секунду. 300 тысяч и снова — 300 тысяч!.. А относительно чего эти заколдованные 300 тысяч? Мы дорассуждались даже до того, что любой фотон только такое расстояние и может пробегать в течение секунды, иначе ему не жить! Но можно ли было при этом не спросить себя: а что в течение этой секунды делал источник света — то тело, от которого фотон отделился, от которого он успел отлететь на свои 300 тысяч километров?

Хорошо, если это тело всю секунду стояло на месте. Но что, если оно тоже двигалось, скажем, вслед за фотоном и преодолело за ту же секунду, допустим, 100 тысяч тех же единиц длины? Тогда ведь фотон смог отлететь от него за это время вовсе не на 300 тысяч, а только на 200 тысяч километров: источник света не оберегал свою неподвижность — пока свет удалялся, источник нагонял свое излучение. Стало быть, скорость световой частицы относительно движущегося источника была на целую треть меньше, чем в том случае, когда источник не трогался с места. На целую треть! А мы утверждали, что скорость фотона всегда одна и та же.

Можно нарисовать картину еще более разительную. Пусть из камеры Дубенского ускорителя, как из пращи, вызывается на свободу протон-миллиардер. Дело вполне реальное: там ведь для того и разгоняют протоны до скоростей, близких к световой, чтобы в нужный момент отпустить их на свободу и послать в ядерную мишень. Нам остается только вообразить, что в тот же момент, когда протон-вольноотпущенник покидает по касательной круговой камеру, рядышком зажигается фонарик, и поток фотонов устремляется к той же мишени. Наконец в нашей власти удалить мишень на 300 тысяч километров от Дубны и поместить ее на будущем искусственном спутнике Луны. Вряд ли какому-нибудь чудаку придет в голову ставить такой опыт, но для наглядности всегда можно пожертвовать трезвой деловитостью — не пострадала бы только суть вещей.

Через секунду фотон достигнет мишени на лунном спутнике, а протон-протон-вольноотпущенник немножко от него отстанет. Однако совсем немножко: нагруженный 10 миллиардами электроновольт энергии, он движется с громадной скоростью, пробегая почти 299 тысяч километров в секунду. Фотон успеет уйти от него всего на 1 000 километров с небольшим.

Теперь еще раз стоит пожертвовать здравым смыслом: повторим этот опыт, но вдобавок посадим фонарик верхом на протон. В то же мгновение, когда наш вольноотпущенник и световой луч покинут Дубну, к лунному спутнику помчится вместе с протоном и сам источник света. Через секунду фонарик отстанет от собственного потока фотонов на те же 1 000 километров, на какие отстанет оседланный фонариком протон.

Стоя в неподвижной Дубне на неподвижной Земле, мы, казалось бы, сразу убедимся, что скорость света зависит от скорости испускающего его источника. 300 тысяч и 1 000 — можно ли не заметить такой огромной разницы! Но если бы это было верно, — а еще в конце XIX века никто не сомневался, что это верно, — то за одну злополучную секунду рухнули бы все построения современной физики: скорость света оказалась бы вовсе не постоянной величиной, и фотон относительно других тел мог бы двигаться с разными скоростями, и говорить о каком-то пределе для физических скоростей было бы бессмысленно, и писать формулу Е = М·С2 тоже стало бы бессмысленно, между прочим, еще и потому, что сделалось бы совершенно неизвестным, какова же тут величина С: в одних случаях она была бы одна, в других — другая.

Нет, что-то здесь неладно!

И дело представится как будто совсем уж безнадежным, если вспомнить, что неподвижная Дубна на неподвижной Земле — тоже условность. Земля летит вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Мы могли и не сажать фонарик на протон: покоясь в Дубне, фонарик уже и так сидит на движущейся Земле. Вместе с нею он догоняет собственный луч, если посылает свет по направлению движения Земли, и убегает от собственного луча, если шлет его в противоположном направлении. В первом случае Земля с фонариком за секунду нагоняет луч на 30 километров, во втором — на столько же удаляется в другую сторону. Вот вам две скорости света относительно Земли: (300 000 — 30) и (300 000+30).

Но и это не все. Солнце тоже отнюдь не приклеено к неподвижному небосводу. Да и неподвижного небосвода тоже нет. Млечный Путь движется относительно других галактик. А они, в свою очередь… Словом, это сказка без начала и конца. И мысли не на чем остановиться, как на чем-то наверняка неподвижном. И не к чему отнести перемещение фотона, чтобы с облегчением сказать, наконец, о каких 300 тысячах километров в секунду идет речь, когда заводится разговор о скорости света и ее странном постоянстве.

2

Так, может быть, вернуться к представлению о вселенной, как об аквариуме со стоячей водой? Может быть, снова повесить в необъятном зале природы призрачный занавес из абсолютно неподвижного и абсолютно непонятного мирового эфира?

А потом еще усесться в кресло перед этим воображаемым занавесом и с удовольствием наблюдать, как пробегает по нему световая дрожь — всегда одинаково быстрая в любых направлениях. А потом говорить, что вот эта-то ее быстрота и есть постоянная скорость света — «эфирного создания», в прямом и точном смысле слова.

Но нет, теперь уж и сам эфир ничему не поможет! В этом легко убедиться, приделав к нашему креслу колесики. Прокатимся вдоль неподвижного занавеса вслед за каким-нибудь световым лучом. Мы нагоним его за секунду на 30 километров, если будем катиться со скоростью Земли. И вот уже скорость этого луча относительно нашего кресла будет меньше, чем относительно эфира. А мы утверждаем, что она всегда постоянна!

«Мы утверждаем»?

Да нет же, это вовсе не результат логических рассуждений, это утверждает опыт.

И нам легко представить себе, как изумлены были физики XIX века, когда еще сравнительно молодой экспериментатор из Чикаго Альберт Майкельсон опубликовал в 1881 году первые результаты своих знаменитых измерений и показал, что скорость света не уменьшается оттого, что источник вместе с Землей летит сквозь неподвижный эфир и догоняет световой луч. Нам легко представить себе изумление физиков, потому что, по совести говоря, мы сами сегодня удивляемся этому факту не меньше современников Майкельсона.

Однако, сколько ни удивляйся, факт остается равнодушным к нашим недоумениям. Опыт в науке — высшая инстанция: его приговоры обжалованию не подлежат. Данные чикагского физика, как мы уже знаем, проверялись во все новых и новых экспериментах с величайшей точностью. И оставались неопровержимыми — скорость света не зависит от движения источника.

Майкельсон увидел в своих измерениях приговор гипотезе неподвижного эфира. Он выразился об этой гипотезе теми словами, какими шахматиста говорят о несостоятельной шахматной комбинации: «Она не корректна». Но дело было глубже: видимо, уже нельзя было по-старому смотреть на пространство и время! Через двадцать с лишним лет это показал Эйнштейн, который родился как раз тогда, когда Майкельсон задумывал свои опыты.

Эйнштейн увидел в постоянстве скорости света — в бесспорном опытном факте — один из основных законов природы. Математически, пожалуй, никакой другой закон не выражается так коротко и ясно. Но физически, пожалуй, никакой другой закон не кажется таким таинственным.

Да разве мы уже не ощутили этой таинственности, посадив фонарик на дубенский протон и заставив его погнаться с огромной скоростью вслед за собственным лучом? В самом деле, в какое странное положение попал фонарик… Мы следим за этой гонкой с Земли. У нас в руках надежнейшие приборы — нам «все видно». Вот был дан старт: фонарик испустил фотон и в то же мгновение сам сорвался с места. Наши земные часы оттикали секунду. Фотон достиг мишени на лунном спутнике. Фонарик отстал. За нашу земную секунду фотон отдалился от Земли на 300 тысяч наших земных километров, а от фонарика — только на 1 000 тех же земных километров. Значит, его скорость по отношению к летящему вслед фонарику равна, по нашим земным наблюдениям, 1 000 земных километров в одну земную секунду.

Так представляется дело нам. А фонарику? Вот тут-то и начинаются странности. Скорость света всегда постоянна — по отношению к любому «телу отсчета». Опыт Майкельсона доказал, что световому лучу совершенно безразлично, летит ли вслед за ним Земля или нет: он от нее удаляется с неизменной своей скоростью. Земля могла бы лететь и в 10, и в 100, и в 1 000 раз быстрее или медленнее — световой луч, пущенный с нее, не обратил бы на это никакого внимания.

И вот получается, что если бы можно было на стремительный дубенский протон взгромоздить вместе с фонариком сверхкрошечного фонарщика Майкельсона с его точнейшей измерительной аппаратурой, этот микротезка знаменитого физика прислал бы нам (невероятное, казалось бы, сообщение:

— А знаете ли, фотон удаляется от меня со скоростью триста тысяч километров в секунду.

— Вздор! — воскликнули бы мы. — Вы ошиблись в триста раз: не триста тысяч, а только около тысячи. Нам с Земли это отлично видно!

— Дорогие земляне! — холодно ответил бы фонарщик. — Мой однофамилец из Чикаго был признанным виртуозом точности. Я — его подобие. Я не умею ошибаться в триста раз! Мои часы перед отлетом были точно сверены с вашими. Мои линейки были градуированы по парижскому эталону Метра. Как же вы позволяете себе говорить — «вздор»…

— Простите! — извинились бы мы. — Сорвалось с языка… Но, может быть, по дороге что-то случилось с вашими линейками и часами? — осенила бы нас внезапная мысль.

Фонарщик на протоне пожал бы своими микроплечиками и коротко ответил бы:

— Не знаю, не замечаю! У меня все в порядке.

Но мы, однажды осененные этой неожиданной мыслью, так легко ее уже не оставили бы. За этой неясной пока догадкой-) перед нами забрезжила бы надежда на выход из тяжкого положения, в которое поставил нашу мысль — нашу жажду ясности — закон постоянства скорости света.

3

В самом деле, будем снова руководствоваться девизом — только факты и логика, логика и факты! Раз факт ставит мысль в тупик, логика должна ее вывести из тупика.

У нас уже есть опыт: невозможность догнать световой луч, или, иначе говоря, нулевая масса покоя фотона, заставила нас прийти к логическому выводу, что масса тел зависит от их скорости — растет вместе с нею. Вот и сейчас — беда произошла только оттого, что протон с фонариком движутся относительно Земли. Сидел бы протон спокойно в Дубне, и нас не мучили бы сомнения: ничего удивительного не было бы в том, что скорость света по отношению к нему такая же, как и по отношению к Земле, на которой он примостился. Наоборот, было бы чудом; если б тут обнаружилось какое-нибудь различие.

Но не меньшее чудо, что протон полетел за лучом, а разницы снова не оказалось! И сразу видно: чем быстрее летит фонарик за своим фотоном, тем разительнее чудо.

Удалялся бы фонарик от Дубны со скоростью 1 километр в секунду, фотон опередил бы его на 299 999 земных километров. Гномик Майкельсон, конечно, продолжал бы утверждать, что нет, фотон все равно ушел от него на 300 тысяч километров. Но разница была бы так ничтожна, что на опыте установить ее вряд ли удалось бы. Даже Майкельсону! А вот когда фонарик на протоне догоняет фотон за нашу земную секунду на целых 299 тысяч километров и расстояние между ними становится совсем пустяковым — как от Москвы до Харькова, — а на деле оказывается, что фотон все-таки убегает ст фонарика со скоростью 300 тысяч километров в секунду, тогда чудо встает во весь свой рост.

А в чем, собственно, состоит это чудо?

Мы видим с Земли: за протекшую земную секунду фотон ушел от фонарика на 1 000 земных километров — только на 1 000. А гномик Майкельсон упрямо сообщает о 300 тысячах. Значит, чудо состоит в том, что каким-то образом в 1 000 земных километров, пройденных за земную секунду, умещаются — с точки зрения фонарщика на протоне! — 300 тысяч километров, пройденных тоже за секунду.

Что нам, землянам, остается думать? Да только одно: часы и линейки на летящем протоне показывают не те километры и не те секунды, какие показывают наши покоящиеся линейки и наши покоящиеся часы. Не видно никакого другого предположения, которым логика могла бы победить случившееся чудо, то есть объяснить необъяснимое.

Правда, можно предположить, что у гномика на летящем протоне «врут» только часы или только линейки. Но скорость — это расстояние, деленное на время. И уж если у быстро движущегося наблюдателя происходят чудеса с измерением скорости фотона, то естественней думать, что в этом повинны оба участника дела — и часы, измеряющие время, и линейки, измеряющие расстояния. Нет оснований отдавать предпочтение чему-нибудь одному.

Остается заметить, что в жизни протона, фонарика, фонарщика Майкельсона, часов и линеек произошло лишь од-но-единственное изменение: раньше они покоились на Земле, а теперь находятся по отношению к ней в движении, да еще с огромной скоростью. Всякие иные перемены, какие могли бы приключиться с ними, начиная с поломки часов и кончая гриппом у гномика, можно было бы заранее устранить или избавиться от них в пути: часы — починить, грипп — вылечить… Но одного устранить нельзя — скорости их полета! Иначе не о чем было бы разговаривать: если скорость «устранена», значит они по-прежнему покоятся в Дубне.

Итак, снова скорость, скорость движения как причина всех бед! Зря было сказано, что чудеса происходят именно у быстро движущегося наблюдателя. Если он движется медленно, его часы и его линейки все равно показывают уже не те километры и не те секунды, какие показывают линейки и часы на Земле. Просто при малой скорости изменение масштабов времени и расстояния не так заметно. Вот и все.

Для нас это уже не новость: ведь точно то же самое мы обнаружили, когда должны были примириться с возрастанием массы тел при возрастании их скорости. Наш полуторатонный спутник Солнца «прибавил в весе» один миллиграмм, когда обрел вторую космическую скорость — 11,2 земного километра в земную секунду. Один миллиграмм — это одна полуторамиллиардная доля первоначальной земной массы ракеты. А дубенский протон, став миллиардером, более чем удесятерил свою массу, точнее — увеличил ее почти в двенадцать раз. Громадная разница. Ее причина — только различие в скоростях: протон летит в 27 тысяч раз быстрее космической ракеты.

Вот так же обстоит дело и с изменением масштабов времени и длины на движущемся теле: и это изменение тем значительней, чем скорость выше.

И возникает невольная догадка: если масса Дубенского протона изменилась по вине скорости его полета почти в двенадцать раз, то, может быть, земные часы, попав на этот протон, изменили ритм своего хода тоже почти в двенадцать раз, а земные линейки тоже в двенадцать раз изменили свою длину? Тогда и для ракеты должна быть справедлива такая догадка: секунды и метры на ней, как и масса ее, изменились на одну полуторамиллиардную долю земной секунды и земного метра. Изменение ничтожное. И это нам понятно: как ни велика вторая космическая скорость, она мизерна по сравнению со световой.

А что уж говорить о повседневных земных скоростях — об океанских лайнерах, о гоночных автомобилях, курьерских поездах, реактивных самолетах. О велосипедистах и пешеходах наконец… В который раз повторим: мы живем в мире медленных вещей. Скорость звука — 300 с лишним метров в секунду — в миллион раз меньше скорости света, а для самолетов это еще недавно был предел. И хотя часы на руке летчика идут немножко по-другому, чем на аэродроме, а летит он, конечно, по своим часам, никто не смог бы уличить его в нарушении расписания полета: миллиардные и триллионные доли секунды — это ничто по масштабам человеческих представлений.

Наше рассуждение по сходству правильно: с изменением скорости по одному и тому же закону изменяются и масса движущегося тела, и течение времени на нем, и расстояние в направлении движения. Вот только надо бы еще рассудить, будут ли часы отставать или спешить, а линейки сокращаться или удлиняться?

4

Конечно, мы могли бы логически добыть ответ и на этот вопрос, так же как мы логически рассудили, что масса должна возрастать вместе с возрастанием скорости тела. Однако логика — оружие не только могущественное, но еще и очень громоздкое. Туг нужны слова, слова, слова… Правда, у нас есть веское оправдание для многословия: придравшись к удивительной — нулевой! — массе покоя фотона, мы сумели с неизбежностью прийти к ряду новаторских идей физики XX века, которая рисует хоть и непривычную, но гораздо более истинную картину движущейся материи, чем та, какая рисовалась науке прежде.

А теперь поверим физикам на слово: секунды увеличивают свою длительность на движущихся часах, а линейки сокращают свою длину в направлении движения. Заметьте: главное, то есть то, что масштабы времени и расстояния с нашей, земной, точки зрения должны стать для гномика на протоне другими, чем для нас на Земле, — это мы вывели сами, а у физиков мы попросили помощи только в расшифровке количественной стороны дела — какими же другими? И физики нам отвечают: по мере приближения скорости тела к световой часы на этом теле замедляют ход, а длина тела в направлении полета все укорачивается. Оттого-то для нашего фонарщика Майкельсона величина 1 000 земных километров за одну земную секунду смогла «вместить в себя», когда измерял он скорость фотона, такую громадную величину, как скорость света: он замерил 300 тысяч других километров в другую секунду — более коротких километров в более длительную секунду!

Но вот что тут особенно важно: ход часов — это физический процесс. Периодический процесс. В любых часах что-то равномерно колеблется или равномерно вращается, отмеряя для нас равные промежутки времени. Так, сама Земля — гигантские часы: один ее оборот вокруг оси занимает промежуток времени, который люди назвали сутками. Для удобства человек разделил сутки на часы, часы на минуты, минуты на секунды. Но сначала-то время для нас отсчитывает равномерное вращение Земли. Так и атом может служить часами: вокруг ядра равномерно вращаются электроны. Только атомные «сутки» были бы для нас неудобны — очень уж они коротки.

И вот что получается — снова с неизбежностью: раз на движущемся теле часы замедляют ход, значит там замедляются любые периодические процессы. Атомы в кристаллических решетках ленивей колеблются. Электроны в атомах медленнее вращаются. Ядерные частицы слабее пульсируют, Все происходит, как прежде, когда тело покоилось на Земле, но все происходит в другом ритме.

Фонарщик Майкельсон рассердился на наше грубое восклицание «вздор». Он разволновался и даже решил сосчитать свой пульс. Взял часики, микропальчиком прижал микрозапястье и убедился: пульс — 72. А если бы земной врач мог сосчитать его пульс по земным часам, он решил бы, что гномик почти мертв — пульс его был бы в двенадцать раз медленнее: не 72, а 6. Но перенесшийся на протон, летящий со скоростью около 299 тысяч километров в секунду, земной врач тоже ничего не заметил бы. «Ну, поволновались, и ладно, — сказал бы он гномику, — семьдесят два — отличный пульс, поверьте!»

И укорочение длины линеек в направлении движения — тоже реальный физический процесс, которого сам наблюдатель никак не мог бы обнаружить, потому что все вокруг него и в нем самом подвергается такому же сокращению. Атомы сплющиваются, словно вместе со всем телом наблюдателя грудью прокладывают себе дорогу вперед, а какая-то преграда им мешает. В направлении движения сплющиваются молекулы. Ячейки кубической кристаллической решетки превращаются в параллелепипеды, шары — в эллипсоиды, круги — в эллипсы… Скорость света в этом смысле подобна какой-то невидимой преграде, о которую сплющиваются тела: чем ближе к этой скорости, тем больше сокращение расстояний в направлении движения.

Так легко подсчитать, что земной шар, летя вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду, уплощается по диаметру вдоль линии полета примерно на 6 сантиметров. И если бы вращение Земли вокруг Солнца стало бы вдруг заметно быстрее, это уплощение стало бы еще значительней, а земные часы замедлили бы свой прежний ритм и стали бы уже не прежними часами.

Нет универсальных часов и универсальных линеек! Пространственно-временные отношения в природе изменчивы. Они прямо зависят от относительного движения материальных тел.

5

И снова: это относительное перемещение материи не может происходить со скоростями большими или равными световой. Раньше старому учителю открылось одно препятствие для достижения скорости света — масса тела возрастает до бесконечности при подходе к этому пределу. Теперь возникли еще два неодолимых препятствия: собственное время движущегося тела бесконечно замедляется с приближением скорости к световой, а собственная его протяженность в направлении движения бесконечно сокращается.

Вообразим ракету, летящую со скоростью фотона. Она стала бесконечно тяжелой, часы на ней перестали идти, а сама она превратилась в плоского призрака, утратив длину в направлении полета. У всякого тела три измерения: высота, ширина, длина. Секунды на нашей ракете сделались бесконечно долгими, а длина сморщилась до нуля. Исчезнувшее время и потерянное измерение — вот цена скорости света! Слишком дорогая цена. Мы сказали: вообразим такую ракету. Но, оказывается, ее нельзя вообразить. Она бессмыслица, праздный вымысел, вздор.

Скорость света трижды недостижима. Три запрета поставила природа перед материальными телами, стремящимися к этой скорости, и все три запрета нерушимы!

Но вот тут-то и возникает последнее наше тяжкое сомнение, от которого не уйти: все-таки что же такое загадочный фотон, который наперекор этим трем запретам и материален и движется с запрещенной скоростью света? Нулевая масса покоя позволяет ему только с такою скоростью и существовать. Но эта же скорость превращает его для любого наблюдателя в плоского призрака с двумя измерениями. И эта же скорость лишает его собственного времени — каждая секунда по «фотонным часам» равна вечности. Помните, мы говорили, что для фотона словно бы не существует времени? Это действительно так.

Что же он такое, этот фотон, эта частица света, в материальности которой нельзя сомневаться? Частица ли он? Тело ли он в том смысле, в каком мы говорим о других материальных телах? Вот в чем состоит наше последнее сомнение.

Но давайте отправимся на минуту в область фантастики просто так — для роздыха, и еще для того, чтобы отвлеченности, заполнившие предыдущие страницы, немножко оделись для нас в плоть удивительной реальности завтрашней техники и коснулись жизни размышляющих о будущем людей.

6

У каждого десятилетия — свои научные страсти. У каждого поколения мальчиков — свои всепоглощающие увлечения.

Необыкновенно приятно думать об интернациональном братстве бескорыстно любознательных ребят. Как это они общаются друг с другом через моря и материки, через горы и пустыни, не зная языков, не спрашивая разрешения старших?

Но вот приходят 20-е годы, и всюду на земле эти высоколобые мальчишки с надутыми губами, внимательно-рассеянными глазами, гибкими пальцами, все они почему-то начинают мастерить радиоприемники, читать книжки про теорию относительности, спорить о времени и пространстве… Точно условились! Точно неведомый штаб разослал им всем один и тот же приказ, где сказано, что главное в науке идущего десятилетия, в какие мечты сейчас надо играть, из-за чего ссориться, в какие домодельные изобретения вкладывать досуг и сбереженные копейки, центы, сантимы, пенсы…

Потом приходят 30-е годы, и, послушные неписаным велениям неведомого штаба своего великого братства, они, то есть уже не они, а их подросшие братья, принимаются за модели скоростных самолетов и спорят о строении вещества. Атомы и авиация — их навязчивые идеи…

Потом приходят 40-е годы и вторая мировая война, и они, наши мальчики, конечно, в заговоре против фашизма: их безудержное воображение раньше ученых создает атомную бомбу и радиолокацию и сверх того всяческие «лучи смерти» — словом, все, что могло бы мгновенно сокрушить гитлеровские армии.

А после войны, уцелевшие и возмужавшие, новые представители международного братства всеведущих мальчиков негласно уславливаются: «Теперь атомная энергия — главное! Читайте о меченых атомах! Мечтайте о термоядерных установках! Спорьте с каждым неверующим о нашем великом законе — Е равняется ЭМ ЦЭ квадрат! И какая-то кибернетика появилась — внимание, внимание, не упускайте ее из поля зрения!»

А потом приходят 50-е годы, и покорение космического пространства берет в полон все мысли, все помыслы безусых граждан земного шара (нет, они-то знают, что это вовсе не шар, а геоид!). Это они, наши мальчики, шлют со всех концов геоида письма по адресу «Космос, Москва» с предложениями-просьбами взять их в первый рейс на Луну, на Марс, на альфу Центавра. И на конвертах марки — памятник Ленину, пальмы Африки, виды Пекина, профили английских королей, небоскребы Манхеттена…

И теперь одна забота омрачает головы мальчиков-астронавтов. Впрочем, почему только мальчиков? Девочки, равноправные участницы их братства, дали математике и физике Софью Ковалевскую, Марию и Ирен Кюри, Лизу Мейтнер, By Хьен-сюн… Они имеют право на те же заботы. И они встревожены вместе со своими сверстниками: «Как быть с ракетными скоростями, если скорость света — непереходимый предел для любого тела? Разве посетят когда-нибудь люди отдаленные галактики, если путь до них измеряется миллионами световых лет? Никакой человеческой жизни не хватит на дорогу туда и обратно, даже при полете со скоростью света. Как планировать покорение вселенной, если предел скоростей связывает человечество по крыльям?..»

Самые осведомленные из них утешают еще несведущих: на межзвездном корабле течение времени замедляется по сравнению с ритмом времени на оставленной Земле. Об этом теперь особенно часто пишут ученые.

Стоит представить себе, что это реально значит — и не математически, а с точки зрения человеческой психологии.

7

Будет день в XXI веке, когда фотонная ракета отправится в космический рейс по маршруту «Земля — 61-я Лебедя». У этой не очень далекой звезды (всего 10 световых лет отделяют ее от нас) есть невидимый спутник — планета, быть может, подобная нашей Земле. Оттого-то и будет выбран этот маршрут… На ракетодроме, когда отгремят звуки торжественных маршей, астронавты попрощаются с близкими и друзьями. К радостному возбуждению необыкновенной минуты примешается обыкновенная горечь расставания.

Впрочем, и она, эта горечь, не будет обыкновенной. В земных разлуках людей разделяют пространство и время, но они остаются землянами — современниками и сопространственниками. Вряд ли кто-нибудь когда-нибудь утешался этим в часы прощания — такая мысль, даже если бы она пришла расстающимся в голову, все равно не могла бы скрасить предстоящей разлуки. Но на ракетодроме XXI века мысль об этом посетит сердца и улетающих и провожающих.

Впервые в человеческую душу закрадется «космическая печаль»… Отчего же?

Разве астронавты улетят навсегда, покинув Землю без надежды на возвращение? Нет, они вернутся. И будут знать, что вернутся. Надежно сработанный межзвездный корабль уверенно поведут сквозь вечную тишину и ночь мирозданья кибернетические машины — безотказные и саморемонтирующиеся. Фотонные двигатели будут мчать корабль с почти световой скоростью — 298 500 километров в секунду. И через десять лет, достигнув цели, ракета повернет обратно. Через двадцать — она вернется на Землю. Правда, не все из провожающих дождутся этого часа — уйдут старики, постареют молодые, вырастут дети, новые мальчики и девочки будут ждать прилета тех, кто улетел, когда их еще не было на свете. Но это уже бывало в опыте человечества — возвращение к новым людям из очень долгих отлучек.

Так, может быть, об этом и будут думать в минуту прощания улетающие и остающиеся? Не только об этом.

Может быть, они, как и мы, современники первых искусственных спутников Земли и Солнца, будут потрясенно размышлять о покорении немыслимых пространств, о чудовищных далях, в которые уходят астронавты? Да. Но и это не будет главным в их мыслях перед расставанием.

Нас еще потрясает недоступная воображению глубина мирового пространства, потому что мы — первые свидетели победы над ним. И еще потому, что внеземные ракеты пока не возвращаются. Они уходят навсегда. Их поглощают дали. И эти дали приковывают наше воображение — «там сейчас летит частица Земли, ставшая подданной Солнца: где она нынче, какие просторы лежат перед нею, в каком невероятном одиночестве мчится она там?».

Но для людей XXI века это уже будет пережитое. Они будут привычными свидетелями возвращения ракет из далеких странствий, как мы уже стали восхищенными свидетелями возвращения на Землю первых космонавтов — Гагарина, Титова и Гленна. Покоренные дали — «туда и обратно» — потеряют для них ореол таинственности. Так и нас уже не волнуют трансокеанские рейсы и кругосветные перелеты. «Туда и обратно» замыкают мысль. И ток воображения уже спокойно течет без тревог, без грозовых разрядов. Детский шарик, сорвавшийся с ниточки и улетающий в никуда, тревожит наше воображение гораздо больше, чем целеустремленный полет стратостата. Это оттого, что шарик летит в «никуда» и «не вернется»…

Нет, астронавтов и провожающих будет томить мысль не о громадности пространства. Так о чем же наконец?

Прощальные всплески музыки на ракетодроме, и корабль улетит. Утренние газеты не сообщат о том, — что накануне вечером, в момент отлета межзвездного корабля, улетевшие земляне перестали быть современниками всех оставшихся на Земле. Об этом не сообщат и вечерние газеты: слишком рано — пока еще подавляющее большинство людей этого по-настоящему не поймет и не ощутит.

А потом потекут весны и осени, будут сменяться годы и редакторы газет, будут меняться стиль информаций и пафос статей о новых делах человечества, будут меняться имена поэтов и прозаиков под довольно однообразными стихами и очерками «о победителях пространства». Неизменной будет оставаться только рамочка на первой полосе газет, где ежедневно будут даваться курсивом сведения о звездных координатах улетевшего корабля. Потом люди станут все реже взглядывать на курсив, окруженный рамочкой, как и мы сегодня уже не каждый день просматриваем данные о благополучном полете очередного спутника Земли. И в этом спокойном обыденном равнодушии землян будет заключено тайное торжество совершенной космической техники.

Но пройдёт десять лет, и однажды всех взбудоражит сообщение, что космический корабль, завершив программу, исследований, повернул обратно. Странные заголовки появятся в газетах: «Год на ракете». Или: «Итоги года работы астронавтов». Или: «Первый год позади!» — «Год? Почему год, а не десятилетие?» — будут пожимать плечами несведущие люди. Мы знаем, как им будут отвечать другие, сведущие земляне XXI века: «Вы забыли о скорости их полета!»

Мысль, что они летят домой — «возвращаются на Землю», — будет долго волновать землян. Корреспонденты станут разыскивать ветеранов отлета — тех, кто был тогда, десять лет назад, на историческом ракетодроме. И ветераны будут с готовностью предаваться воспоминаниям. Их с готовностью будут печатать газеты всего мира. И появятся новые стихи. И в них впервые астронавтов назовут «победителями времени», а не только пространства.

Потом снова потекут годы. Воспоминания и стихи будут публиковаться все реже. И снова, отвлеченные малыми и великими делами повседневности, в том числе новыми отлетами к другим мирам, люди будут забывать о курсиве, окруженном рамочкой на первой полосе ежедневных газет. Но слова «победители времени» уже не забудутся. И смысл их будет становиться все острее и спорней по мере приближения первых астронавтов к Земле. И в канун их прилета те мысли, что молчаливо владели двадцать лет назад улетавшими и провожавшими, станут, наконец, достоянием всех.

«Мы двадцать лет старели, а для них словно остановилось время, и они вернутся завтра почти такими же молодыми, какими были тогда, в день отлета. Два года и два десятилетия! Они и вправду победили время…» — так будут думать одни.

«Мы двадцать лет работали, создавали новые вещи, строили новые города, писали новые книги, участвовали в грандиозных событиях, торопили историю! Они вернутся завтра на другую Землю, не на ту, что была в день их отлета. Они не победили земное время: они его пропустили!» — так будут думать другие.

«Будущее прекрасней и заманчивей прошлого. Они выкрали у времени почти двадцать лет. На два десятилетия дольше будет длиться их жизнь, они примут участие в таких свершениях, какие на нашу долю уже не придутся. Они перепрыгнули через поколение, и — первые люди на Земле! — они теперь будут принадлежать сразу двум поколениям. Конечно, они победители времени…» — так будут думать третьи.

«По своему календарю они были два года в разлуке с Землей. И хотя они знают, что тут ушли два десятилетия, они еще не понимают, что. это значит! Они не догадываются, что завтра, приземлившись героями, они тотчас почувствуют себя и людьми одинокими — людьми из другой жизни. Первые люди на Земле, они жили не подряд, а с перерывом. Им теперь догонять историю! А возможно ли это? Они не победители земного времени, но жертвы безвременья на своем корабле!» — так будут думать четвертые.

Пятые, шестые, седьмые прибавят разные оттенки к этим спорным и бесспорным размышлениям, каждый — свои, смотря по характеру и по складу ума. И «а борту межзвездного корабля обострятся те же споры, когда замерцает во мраке последней ночи полета звездочка уже близкой Земли. Но кое-что станет равно ясно всем — и возвращающимся и ждущим.

Впрочем, «ясно» — не то слово: это «кое-что» издавна было более или менее ясно. Теперь же оно впервые войдет в плоть человеческого сознания и сделается новым «чувством времени» у человека. Это «кое-что» — чувство неединственности земного времени, реальное чувство относительности земных секунд и десятилетий.

Утром приземлится ракета. Счастливые, немножко смущенные, изумленно глядящие по сторонам, такие же молодые, как прежде, астронавты сойдут на Землю. В то же мгновение они станут вновь сопространственниками землян.

«Но мы и они навсегда перестали быть современниками! — вот что дойдет до всех. — Мы и они жили в разном времени. И это необратимо. В пространстве можно двигаться «туда и обратно». Пространство можно победить до конца. Во времени можно двигаться только «туда» и нельзя вернуться «обратно». Время можно победить только наполовину. Они совершили эту великую победу — они перенеслись в будущее, но это не их будущее, а наше, мы его создали, мы к нему шли. Они победили земное время ценой его утраты. Вот в чем их и наша космическая печаль».

…Возможно, все эти мысли будут чужды людям XXI века, и не полная победа над временем вовсе не будет их огорчать. Может быть, космическая печаль вовсе не коснется их веселых сердец, потому что само торжество над временем будет несравненно могущественнее всех других вероятных переживаний и чувств. Но все равно об этом нельзя не думать сегодня.

Во всем рассказанном есть, однако, один слабый пункт.

Возможно возражение: разве не вправе были бы астронавты на своем пути туда, к 61-й Лебедя, уверять друг друга, что их ракета покоится, а удаляется от них со скоростью 298 500 километров в секунду Земля? А потом, при возвращении обратно, разве не могли бы они, рассуждая точно таким же образом, говорить, что теперь они тоже покоятся, а движется снова Земля, летящая на сей раз им навстречу с той же гигантской скоростью? Да и в самом деле, они ведь и не должны были бы чувствовать движения ракеты в своем равномерном и прямолинейном полете, как не чувствуем равномерного и практически прямолинейного полета Земли мы с вами.

Однако главное, конечно, не эти их возможные ощущения, а то, что весь смысл, вся логика теории относительности действительно (разрешают на первый взгляд «поменять местами» Землю и ракету, как две совершенно равноправные «системы отсчета» времен и расстояний. Но тогда, с точки зрения астронавтов, вовсе не на ракете, а на Земле замедляют свой ритм часы! И, стало быть, на Земле, а не на ракете сохраняют свою молодость люди!

Как же тут быть?

Это возражение нельзя логически опровергнуть с помощью «здравого смысла», то есть взять да и сослаться просто на то, что заведомо известно — кто летит, а кто покоится. Земляне послали ракету, значит от Земли только и можно начинать танцевать — только Земля и годится на роль «тела отсчета» или «начала координат»… Эйнштейну когда-то приходилось отвечать на такие доводы. Он в подобных случаях обычно обсуждал относительность движения поезда. Физически и математически совершенно безразлично, считать ли, что поезд движется, а рельсы покоятся, или наоборот — рассматривать это событие так, что поезд стоит, а рельсы убегают в противоположную сторону. Но, конечно, остроумно замечал Эйнштейн, машинист сказал бы, что он топит и смазывает паровоз, а не окружающее пространство и, следовательно, может физикам-теоретикам точно растолковать, что происходит. Однако этот вполне здравый довод не опрокидывает физического закона полного равноправия всех «систем отсчета», которые движутся одна относительно другой прямолинейно и равномерно. Недаром на станции, глядя из окна своего вагона на соседний поезд, мы часто не сразу начинаем понимать, кто тронулся с места: наш состав или встречный…

Астронавты действительно могли бы безнаказанно и без ущерба для истины поменять местами ракету и Землю во всех своих рассуждениях, если бы — если бы не одна тонкость.

Дело в том, что системы отсчета — «Земля» и «Ракета» — вовсе неравноправны. Ракета по меньшей мере четыре раза испытывает в полете изменение скорости своего движения: убыстрение — при старте с Земли, замедление — при посадке на 61-ю Лебедя, снова убыстрение — при начале обратного пути, и снова замедление — при финише на Земле. Поэтому система отсчета «Ракета» отнюдь не может считаться движущейся все время прямолинейно и равномерно в отличие от системы отсчета «Земля». И, следовательно, астронавты не вправе рассуждать так же, как оставленные ими земляне. Они находятся в иных условиях движения.

Конечно, очень хочется подсказать астронавтам одну мысль, которая, казалось бы, вновь спасает их равноправие с землянами:

— Дорогие наши сопространственники, а почему бы вам не возразить Эйнштейну, что в периоды замедлений и убыстрений полета ракеты вы рассматриваете дело так, что убыстряет или замедляет свое движение вовсе не ракета, а Земля. Скажите Эйнштейну: «Мы-то и в — эти минуты продолжаем лететь равномерно и прямолинейно, а ускорения испытываете вы вместе со всеми землянами, оставшимися на Земле!»

Стоит заметить, что астронавты почувствовали бы себя прежде всего оскорбленными, услышав эту подсказку: мы, сами того не подозревая, вкладывали бы в их уста соображение, которое полвека назад в издевательской форме выдвигал против теории относительности Филипп Ленард — высокоученый негодяй Ленард, будущий фашист, о котором нам, к сожалению, придется еще вспомнить на этих страницах. «Пусть поезд совершает резко неравномерное движение, — сказал он. — Если теперь… в поезде все разбивается в щепки, а снаружи все остается невредимым, то, думаю я, ни один здравомыслящий не будет сомневаться в том, что именно поезд внезапно изменил свое движение, а не окружающее». Полагая, что Эйнштейн к числу здравомыслящих не принадлежит, Ленард злорадно умозаключал, что он таким легким способом опроверг теорию относительности.

Между тем он только лишний раз подтвердил ее справедливость. Теория относительности как раз и утверждает, что системы отсчета «поезд» и «рельсы» равноправны только до тех пор, пока паровоз не меняет внезапно свое движение. И астронавты не приняли бы нашей «ленардовской подсказки». Они сказали бы, что в периоды убыстрений и замедлений ракеты реально начинают чувствовать просто на самих себе мучительное действие ускорения, а земляне тут ни при чем. Ускорения вовсе не относительны, а абсолютны. Они возникают оттого, что к телу прикладываются какие-то силы. И точку приложения этих сил (ракету) нельзя произвольно приписывать другому телу (Земле).

Когда, на сцене появляются ускорения, когда «тела отсчета» уже не движутся относительно друг друга просто по инерции, то есть равномерно, и прямолинейно, тогда слово берет общая теория относительности, разработанная Эйнштейном позже — к 1916 году. Эта общая теория показывает, что в конце концов — в итоге всего путешествия ракеты — все произойдет именно так, как здесь рассказано: астронавты останутся относительно молодыми и, вернувшись на Землю, снова став сопространственниками землян, перестанут, однако, быть их современниками…

Так разрешим себе еще одну маленькую вольность.

8

Перенесемся из XXI века в далекое неизвестное прошлое. Что, если чувство относительности земных секунд и веков когда-то уже владело людьми?

Лет тридцать назад мальчики зачитывались прекрасной книгой Фредерика Содди о строении атома и радиоактивности. Это был известный ученый, сподвижник великого Резерфорда, и профессорам-педантам может показаться недостойным, что в книге его было немало совсем ненаучных и словно бы не идущих к делу крылатых мыслей. Но эти мысли были пробуждены необычайностью новых знаний человечества о строении вещества. Одна из них не могла не поразить воображение любого читателя.

…Что такое легенда о рае? Может быть, это не только мечта измученного человека о грядущем изобилии и справедливости? Может быть, это воспоминание? Может быть, когда-то «рай» уже был на Земле — люди тогда владели даровой атомной энергией, и всего для всех было сколько хочешь? А потом внезапные катастрофы, геологические или космические, смыли, сожгли или стерли с лица нашей планеты ту высокую цивилизацию? Может быть, она ушла под воду вместе с Атлантидой? Может быть, удалилась вместе с Луной, если впадина Тихого океана в самом деле бывшее ложе оторвавшейся от Земли Луны?.. Нам не важно, что скажут по этому поводу археологи, космологи и, наконец, философы. Они, конечно, улыбнутся, а самые добросовестные и скучные из них даже рассердятся. Но мы фантазируем, и та былая цивилизация нужна нам только как ракетодром для некогда улетевшего с Земли трансгалактического корабля.

Фантастическая мысль Фредерика Содди кончалась на том, что легенда о рае могла быть воспоминанием о давно погибшей атомной цивилизации. А мы осмелимся пойти немного дальше: в тот атомный век люди могли построить и атомные ракеты. Или фотонные. Они могли довести скорость своих космических кораблей до какой угодно величины, близкой к скорости Света. И вот однажды они снарядили экспедицию к Магеллановым Облакам.

Расстояние туда «пустяковое», — по масштабам вселенной — каких-нибудь 120 тысяч световых лет. Считали они не хуже нас, и, конечно, им было ясно, что экспедиция сможет вернуться на Землю не раньше, чем через 240 земных тысячелетий.

Энтузиасты из содружества космонавтов без долгих раздумий решились проститься навсегда со всеми своими современниками. Они отлично понимали, что, улетая к Магеллановым Облакам, которые назывались тогда, разумеется, совсем по-другому, они улетают в непредставимое будущее человечества и Земли, что, когда они вернутся, уже не будет тех народов, какие населяли Землю в их эпоху, исчезнут прежние города и государства, неузнаваемо изменятся языки. Скорость их корабля отличалась от световой так мало, что ход часов на борту ракеты должен был замедлиться по сравнению с земными часами в 20 тысяч раз. Им предстояло лететь, по их собственному корабельному календарю, всего шесть лет туда и шесть обратно.

Они улетели. И газеты того времени не стали печатать сообщений в рамочках — это было бессмысленно для живущих: 240 тысяч лет! — то была разлука навсегда. Был объявлен всемирный торжественный траур по тем, кто заживо удалился в небо, добровольно и мужественно. Им были при жизни воздвигнуты строгие, спокойные памятники. И на этом все кончилось.

Но почему пришла нам в голову такая странная фантазия? А вот почему: полвека назад, в 1908 году, над тунгусской тайгой пронесся метеорит. Его происхождение не раскрыто до сих пор. Писатель-фантаст Александр Казанцев предложил недоказуемую гипотезу транспланетного корабля, который был отправлен с близкого Марса на Землю высокоцивилизованными марсианами.

Соблазнительнейшая гипотеза для мальчиков из Братства Любознательных всех времен! Но мы сейчас увидим: можно беззаветно фантазировать и не переадресовывая заслуг человечества воображаемым марсианским незнакомцам.

В 1908 году мог возвращаться на Землю тот легендарный корабль, что отправился из гипотетического земного «рая» к Магеллановым Облакам 240 тысяч лет назад. Такая фантазия нисколько не хуже. Согласитесь, в ней есть даже что-то грустно-привлекательное.

…Постаревшие всего на двенадцать лет, астронавты былой цивилизации не узнали в свои великолепные оптические инструменты приближающуюся Землю. Только очертания материков сначала напоминали им о прошлом. Но чем ближе, тем непонятней для них становилась Земля. А главное — то, чего они никак не могли предвидеть! — на Земле исчезли станции по приему космических кораблей. Никто не смог помочь им в приземлении, продиктовать координаты, услышать их вопросы и дать на них ответы — словом, сделать все то, что сделали бы их современники и без чего благополучная посадка древнего корабля была невозможна.

В дороге они так часто с волнением думали о грандиозном прогрессе техники на Зеле: 240 тысячелетий непрерывного движения вперед! Они все свои двенадцать космических лет строили всяческие догадки на эту тему, спорили и даже ссорились из-за пустяковых расхождений, но никогда ими не овладевало беспокойство. Они были уверены, что новые люди, конечно, знают о них, — и не только по преданиям, но и по точным таблицам астрономов. И они полагали, что новые земляне, уже вполне обжившие вселенную, встретят их корабль еще где-нибудь невдалеке от «границ» Млечного Пути. Когда это не случилось, замедлив движение, они стали надеяться на встречу у «границ» пространства солнечной системы. Когда и этого не произошло, а до Земли оставалось несколько земных часов полета и скорость пришлось еще значительно снизить, они впервые встревожились.

Но все равно — им и теперь не приходило в голову, что былая цивилизация могла по каким-то катастрофическим причинам исчезнуть, что человечеству пришлось начинать все сначала — с каменного топора и таблицы умножения… Им не приходило в голову, что у землян сейчас только 1908 год какой-то новой эры и что всего лишь 80 минут назад по их корабельным часам, или 3 года назад по часам земным, в 1905 году, человечество вновь узнало об азбучном законе Е = М·С2 и о законе замедления времени на движущихся телах… Нет, такая нелепость не могла прийти в их трезвые головы! И они погибли.

Нельзя на такие баснословные сроки безнаказанно расставаться с Землей. А жаль тех ребят — они тоже были когда-то мальчиками! — бесконечно жаль, правда?

— Очень уж мрачно… — сказал мне один старый друг, выслушав эту страницу. — Действительно, жаль тех ребят. Но можно вообразить и другое: это могли быть марсиане той далекой поры, когда, по крылатой, малообоснованной и тоже недоказуемой мысли астрофизика И. С. Шкловского, марсианская наука сумела создать искусственные спутники Марса…

Этот вариант должен прийтись по душе всем, кто верил и верит в обитаемость одной из самых близких к Земле планет. И. С. Шкловский, разумеется, полагает, что уже сегодня-то высоких форм жизни на Марсе нет. И тогда естественно, что фантастический марсианский космический корабль, некогда пустившийся к Магеллановым Облакам, вернулся в 1908 году домой на опустевшую отчизну. Что было делать марсианам на их одичавшей планете — холодной и неприютной? Они решили отправиться на соседнюю Землю, которую в эпоху своего отлета знавали еще необитаемой. «Может быть, там, на Земле, появились уже не только примитивные двуногие, но и существа, нам подобные?» — подумали они. Нежданная-негаданная катастрофа не позволила им приземлиться. Вот и все! И загадка того небесного тела, которое с тех пор называется Тунгусским метеоритом, осталась нераскрытой.

Однако стало ли нам веселее от замены землян марсианами? Некоторая разница, конечно, есть: о тех неземных астронавтах мы не можем составить себе никакого реального представления — они для нас абстракция. Но все равно жаль, что они погибли, жаль, что мы не познакомились с ними…

Вот на какие неожиданные пути завлекли нас две элементарные частицы материи — частица света и частица вещества: обыкновенный фотон и пустившийся за ним вдогонку протон-миллиардер из дубенского ускорителя. Но, пожалуй, не зря отвлеклись мы на эти пути. Стали реальней и ощутимей некоторые из основных законов, по которым живет быстрый и легкий мир элементарных частиц. И мы увидели, что, когда эти законы вторгаются в техническую проблему завтрашнего дня, перед нами, живущими в мире медленных и тяжелых земных тел, вырастают новые небывалые вопросы. Иные из них имеют самое прямое отношение к человеческой жизни и к человеческим чувствам, не так ли?

9

Много страниц назад, когда физик и старый учитель с земской бородкой начали обсуждать безуспешность погони за световым лучом, первый пообещал второму: «Сейчас вы сами придете к важным физическим идеям теории относительности…» И вот теперь настала очередь учителя спросить, когда же сбудется это обещание?

— Да ведь оно уже сбылось! — улыбнется физик. — Вы действительно сами пришли к относительности пространственно-временных отношений в природе, к зависимости массы от скорости, к эквивалентности энергии и массы. А все это — физические идеи теории относительности. Не в том порядке, как то было исторически, без формул и без скрупулезной строгости, но в общем-то довольно последовательно, а главное — с полной неизбежностью вы пришли к этим идеям, разрешая свои сомнения. Больше полувека прошло с тех пор, как увидел и нарисовал новую картину механики мира Альберт Эйнштейн, а приходится сознаться, что и сегодня свыкнуться с его выводами нелегко.

И физик добавит, что когда-то знаменитый математик Лагранж сказал о Ньютоне: «Он самый счастливый: систему мира можно установить только один раз». Лагранж ошибался. Теперь мы знаем: это можно сделать по меньшей Мере дважды! Эйнштейн был вторым самым счастливым.

Ни одна физическая теория не вызывала такой бури в человеческих умах. И Ленин недаром писал об Эйнштейне как о «великом преобразователе естествознания». Естествознания вообще, а не только механики, не только физики! Это легко понять: в 1905 году человечество узнало, что прежние естественнонаучные представления о времени и пространстве должны быть заменены новыми. Речь шла не о частных физических представлениях — не об исправлении деталей в прежней картине мира, а о революции во взглядах на закономерности движения материальных тел. Такую научную революцию не с чем сравнивать. Правда, через два десятилетия, когда к середине 20-х годов нашего века окончательно оформилась квантовая механика микромира, естествознание пережило еще одно, столь же глубокое, «потрясение основ». Но к этой новой революции многие физики были уже психологически подготовлены странностями теории относительности: после покорения Арктики легче было обживать Антарктиду. За два десятилетия, разделявших две революции в современной науке о природе, появилось больше 5 тысяч книг и статей об открытиях механики Эйнштейна. Это были открытия из числа тех, какие не могут оставаться делом одних лишь физиков. И не надо удивляться, что о теории относительности писали философы, публицисты, — писатели, государственные деятели, историки, даже богословы. А все началось в 1905, году с маленькой рукописи, озаглавленной застенчиво и не очень обещающе — «К электродинамике движущихся тел», опубликованной в 5-й тетради 17-го тома сугубо специальных «Анналов физики» — научного издания, за которым и в ту пору и позже вовсе не все теоретики считали своим обязательным долгом следить из номера в номер.

Она стала бесценным историческим документом, эта «небольшая рукопись — 30 страниц текста! И с нею связан один замечательный эпизод, который имеет отношение уже не к идеям Эйнштейна, а к его судьбе и трагизму эпохи, в которую ему довелось работать и жить. Не рассказать этот эпизод нельзя.

…В начале 1933 года, когда Гитлер пришел к власти, Эйнштейна, по счастью, не было в Германии. Он читал лекции в Калифорнии. Нацисты его ненавидели, за ним значились три «преступления»: он был неарийцем, антифашистом, противником войн. Незадолго до его поездки в Америку Амстердамский антивоенный конгресс заочно избрал его членом Постоянного комитета борьбы против войны и фашизма. Европа встретила Эйнштейна чудовищными известиями: его дом возле Потсдама разгромили гестаповцы, в Берлине было обещано 50 тысяч марок за его голову. (Не знаю, стали ли известны имена тех, кто предлагал, и тех, кто утверждал эту расходную статью в бюджете гитлеровской Германии. Может быть, идея принадлежала чиновнику-гестаповцу Эйхману и физику-гестаповцу Ленарду?)

Прожив несколько месяцев в Бельгии на приморской даче, охраняемой полицией от нацистских провокаторов и убийц, он должен был и отсюда бежать: германская граница проходила слишком близко. Судьба изгнанника в конце концов привела пятидесятичетырехлетнего Эйнштейна в тихий университетский городок Принстон по ту сторону океана.

Он всегда чуждался прямой политической деятельности. Но отвращение и ненависть к фашизму всегда были в нем сильнее нелюбви к политике. И антифашисты всего мира знали, что они в своей праведной борьбе всегда могут рассчитывать на безоговорочную поддержку великого ученого-мыслителя, живущего в своем заокеанском уединении. Его авторитет был безграничен на всех материках. (Недаром еще в десятые и двадцатые годы на его имя приходили письма с самым лаконичным адресом: «Европа, Эйнштейну».) И однажды, в 1936 году, когда шла война в Испании и американские антифашисты снаряжали добровольческий батальон «Авраам Линкольн», они обратились к Эйнштейну с неожиданной просьбой: они попросили у него рукопись теории относительности — знаменитую рукопись 1905 года. Нужно ли объяснять, зачем она понадобилась в те трагические дни Испании? Коллекционеры готовы были заплатить за нее громадные деньги, а деньги были необходимы для оснащения добровольцев.

Замысел был прост, в согласии Эйнштейна никто не сомневался, но… этой рукописи не было среди его бумаг в Принстоне. Просто не было. Он вспомнил, что она осталась в свое время в архиве «Анналов физики». Если нацисты, уничтожавшие в Германии «неарийскую науку», еще и не сожгли оригинала теории относительности, то. во всяком случае, добыть этот оригинал было немыслимо. Что же оставалось делать? Эйнштейн сам предложил выход: он бросил очередные дела и сел переписывать от руки те прославленные тридцать страниц…

Так появился на свет второй автограф статьи «К электродинамике движущихся тел». Теория относительности во второй раз сослужила человечеству добрую революционную службу — только на этот раз совершенно необычную для отвлеченной физической теории. (Позже, в конце войны, в 1944 году, рукопись 38-го года попала в библиотеку конгресса Соединенных Штатов — она была приобретена у прежнего владельца за 6 миллионов долларов. Но это уже был бизнес, только бизнес.)

Однако вернемся к физике.

Будет ли третий «самый счастливый» после Ньютона и Эйнштейна? Несомненно, Абсолютного и окончательного знания не существует — как к скорости света, к нему можно только приближаться. А когда придет пора для этого третьего, он скажет об Эйнштейне те слова, какие Эйнштейн сказал о Ньютоне в своем «Нечто автобиографическое»:

«Прости меня, Ньютон, ты нашел единственный путь, возможный в твое время для человека величайшей научной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас еще остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя теперь мы знаем, что если будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта».

Идеи, с которыми мы познакомились, и вправду очень далеки от нашего повседневного опыта. А впереди этому устоявшемуся опыту предстоят еще большие испытания. Одно из них уже подстерегает нас: надо разрешить последнее «фотонное сомнение» — частица ли фотон?

10

Начался весь разговор с града и ветерка, с провозглашения кванта электромагнитной энергии настоящей частицей. А кончится он, кажется, низведением фотона с этой высоты. История словно бы снова возвращается, по старому обыкновению, «на круги своя»: однажды ведь это было уже — световые корпускулы Ньютона не уцелели в споре со световыми волнами в эфире. Неужели новые корпускулы — фотоны Эйнштейна — постигнет та же судьба? Похоже, что так, но не совсем так: мы снова убедимся, что круги истории — это не колесо, в котором вертится белка, не движение по замкнутой линии («Ничего нет нового под Луной»), а витки расширяющейся диалектической спирали — движение вширь и вверх.

Из-за чего у нас возникает сомнение — частица ли фотон? Да все из-за его предельной скорости. Из-за этой скорости частица света утрачивает третье измерение — длину в направлении полета. Она превращается в плоский призрак, путешествующий в полном безвременье, ибо, как мы узнали, на «фотонных часах» каждая секунда — вечность.

Конечно, надо бы сперва задаться вопросом: а что такое частица вообще? Признаться; не легкий это вопрос. И нам еще придется его себе задавать. Однако не стоит мудрствовать лукаво. Решим, что это заведомо ясно. Неужто, если вам поднесут настоящую частицу на блюдечке, мы «не узнаем ее в лицо»? Все дело как раз в том, что не «настоящую» частицу, а, скажем, поле тяготения нельзя поднести на блюдечке! Что бы там о ней ни говорить, любая частица в привычном смысле этого слова, в привычном повседневном представлении — физическое тело, или, если хотите, тельце, само создающее свой объем — свою ограниченность и свою отграниченность от окружающего. Само — благодаря силам внутренних связей и без помощи внешних стенок, без участия других тел и сил.

Так, значит, не столь уж труден вопрос о частице? Нет, все-таки очень труден. Вот одинокое облако на небе. Его границы отчетливо видны со стороны. Но когда в безветрии летнего полдня на склоне Арагаца сидит такое облачко, беленькое, аккуратненькое, плотное, а вездеход, взбираясь по склону, влезает в него, эти ясные границы вдруг исчезают, и становится совершенно невыполнимым делом их очертить, — оказывается, они изменчивы, неопределенны, словно их вовсе и нет.

Если бы мы «въехали в атом» и огляделись по сторонам, нам не удалось бы установить, где он кончается: мы не поняли бы, где надо вбивать колышки, дабы обозначить его наружные границы. И наш гномик Майкельсон, устроившись на протоне, собственно, затруднился бы сказать, на чем он там сидит. У частиц нет внешних стенок. С бильярдными шариками, с неизменными кирпичиками мироздания мы уже простились навсегда.

Ограниченность без границ! — так здесь начинаются трудности. Но не станем с ними бороться, чтобы они не победили нас. Как бы то ни было, ясно — «настоящую» частицу можно поднести на блюдечке. И это главное: Она «вещь».

А фотон? Как его поднести на блюдечке? Со всех точек зрения это невозможно. Находиться в покое фотон не может — тогда его попросту нет. А двигаться со скоростью фотона не может блюдечко. Но если фотон все-таки «вещь», то совершенно необычайная: с точки зрения любого наблюдателя, у него нет объема, ибо есть только два измерения — третье он потерял. Недаром никакой воображаемый наблюдатель не может оседлать фотон, недаром на фотон нельзя даже мысленно поместить часы — они не будут показывать время, нельзя к фотону прикрепить линейку — она не будет измерять длины, по крайней мере в направлении его полета. Словом, фотон не может служить обычным телом отсчета.

Между прочим, когда физик и его оппонент стали извлекать из нулевой массы покоя все свои удивительные выводы, они начали с того, что никакое физическое тело не может догнать частицу света. Это значило, что нельзя найти такое тело отсчета расстояний и времен, относительно которого фотон пребывал бы в покое. Но разве не должно было закрасться в наши головы одно возражение: а что, если взять в качестве тела отсчета времен и расстояний (а значит, и скоростей!) какой-нибудь другой фотон? Летят они рядом и друг по отношению к другу наверняка покоятся, и, следовательно, оба не существуют, у обоих исчезает масса. А так как они оба при этом все-таки существуют, то… Иными словами, мы попали бы в труднейшее положение, если бы фотон мог служить телом отсчета. Но такой роли он принципиально играть не может: в его распоряжении нет необходимых для этого идущих часов и протяженных линеек — ему как бы нечем измерять чужую скорость и описывать чужое движение.

11

Должно ли нас удивлять, что портрет фотона обладает такими «невещественными» чертами? Что же тут неожиданного? Кванты излучения — представители вовсе не вещества, а другой формы существования материи: силовых полей. Разве не было бы странно, если бы в световых частицах не обнаруживала себя их физическая природа?

А природа света давно не вызывает сомнений: это волновой процесс в эфи… Хорошо, что я вовремя запнулся. Нет, эфир исчез из физической картины мира. Однако волны остались. Все-таки без них невозможно было бы понять многие явления и прежде всего дифракцию — огибание светом препятствий. Раньше ученые говорили об электромагнитных колебаниях эфира. А когда оказалась нереальной эта колеблющаяся среда, что заменило ее в картине мира? Да ничто не заменило! Стало ясным, что материален сам свет.

Помните строку Маяковского: «…как свет умерших звезд доходит»? Излучение отдаленных небесных тел идет к нам миллионы лет. Звезда могла умереть, но свет ее молодости продолжает еще идти к нам.

Прежде думалось: туда, куда свет еще не дошел, не дошли колебания эфира, но сам эфир от века был там, есть и будет. Теперь ясно, что туда не дошла еще сама материя света — электромагнитное поле, его энергия-масса. Это она растекается в пространстве со скоростью света. Что и как колеблется в материи поля — это особый вопрос. Но теперь по крайней мере понятно, почему электромагнитные волны любой длины, начиная от длиннейших радиоволн и кончая самыми короткими гамма-волнами, распространяются с одинаковой скоростью. Это как бы не их собственная скорость, а быстрота растекания той полевой материи, в которой они возбуждены, той материальной сущности, что покидает источник излучения и начинает существовать независимо от него.

Раньше промелькнула перед нами картинка: камень на удочке опущен в пруд и колеблется, возбуждая все новые и новые волны в воде. Чем быстрее он колеблется, тем чаще отчаливают волны. На более быстрые колебания нужна в единицу времени затрата большей энергии. Она передается от камня волнам, и они уносят ее на своих гребнях к берегам. Пусть камень совершит за секунду одно полное колебание — отчалит одна волна. Пусть в другой раз число колебаний будет в десять раз больше — за секунду отчалят десять волн, и они унесут соответственно больше энергии.

Теперь нужно совершить маленький подвиг воображения: представим себе, что пруд наш разросся в гигантский океан, так что от камня до берегов — 300 тысяч километров, а в океане этом пусть не будет никакой воды — пусть камень на удочке сам источает нечто волнообразно колеблющееся и это «нечто» спешит к берегам со скоростью света. Одно колебание в секунду — и одна волна докатывается за секунду до берега. Сто колебаний камня — и сто волн ударяют о берег в течение такого же секундного промежутка. А размах колебаний камня один и тот же, и поэтому сто волн приносят пропорционально больше энергии.

Как просто: энергию, переносимую нашим «нечто», что источает воображаемый камень — источник волн, можно определять по числу гребешков в океане! Довершим этот маленький мысленный подвиг — проследим за первой и второй секундными порциями колебаний. Первая дала всего одну волну, но «нечто», испущенное камнем, раскинулось на все пространство океана. Волна пронеслась пологая, неощутимая. А вторая порция породила сто волн, но и они распространили «нечто» на весь океан, ибо это «нечто» движется от камня в обоих случаях с одинаковой скоростью. И вот там, где была одна волна, теперь уместились сто. Каждая в сто раз короче, но потому и круче, выраженней, ощутимей.

И нельзя не заметить, что на создание ста волн камень должен был израсходовать больше своего «нечто», потому что, как и при одной волне, оно все равно за секунду покрыло весь океан. Не нужно быть женщиной, чтобы сразу понять: на гофрированную юбку уходит больше материала, чем на гладкую. И не надо быть строителем, чтобы сообразить: крыша из волнистой черепицы тяжелее, чем из плоской…

Сто волн доставили к берегам больше израсходованного камнем «нечто» и вместе с тем больше потерянной камней энергии. Так, может быть, это «нечто» и энергия — просто одно и то же?

Так, колеблющийся электрон излучает в пространство электромагнитное поле. Что оно такое? Тоже «нечто»! Как о самом электричестве, об этом поле нам нечего больше сказать. Но нам всего важнее, что оно несет в себе энергию. Оно уносит энергию источника колебаний порциями. И теперь мы можем хотя бы отдаленно представить себе, как проявляется в этих порциях волновая природа излучения. Частотой колебаний электромагнитного поля или длиною электромагнитных волн отличаются одна от другой разные порции, или кванты, световой энергии.

Можно записать математическими значками эту закономерность, и мы увидим, как выглядит знаменитая формула Планка:

E = hν

где h — всегда неизменная величина, «мировая постоянная»,

ν — частота колебаний,

E — энергия кванта.

Эта формула столь же прекрасна в своей удивительной простоте, как закон Эйнштейна для связи энергии и массы частиц. Нет, она еще проще. И в ней, как мы увидим, уже исчезает различие между полем и веществом…

«Фотон фиолетового света в два раза больше красного фотона». Услышав такую фразу, мы теперь вряд ли будем рисовать себе более «пухлую» фиолетовую корпускулу.

Как заманчиво было бы сравнить фотоны с плитками волнистой черепицы: все они одинаковы по размерам, но у фиолетовой плитки волнистость в два раза гуще, чем у красной, а стало быть, волны на ней в два раза короче, и материала пошло на нее в два раза больше, чем на красную соседку. Да вот несчастье — ничего нельзя сказать о геометрических размерах фотонов, и колеблется в них не сама энергия-масса, а напряженности (или силы) электрического и магнитного полей. Словом, угодить всем особенностям фотона в житейски понятном сравнении невозможно. Бесцельно искать для него механическую модель. Поиски обречены на неудачу!

Когда фотон взаимодействует с электроном и отдает ему свою энергию, ученые вспоминают бильярдные шарики — их столкновение. И невольно создается впечатление, что частица света — действительно частица, и только частица! Масса у нее есть? Есть. Это масса ее энергии. Направление движения есть? Есть. Это направление луча. Что еще нужно?

Когда фотоны огибают препятствия, ученые вспоминают о волнах, И теперь создается впечатление, что свет — действительно волны, и только волны! Колебания определенной частоты в электромагнитном поле есть? Есть. Непрерывность поля налицо? Налицо. Что еще нужно?

Получается: в одних случаях — град, в других — ветерок. А на самом деле? Такой вопрос волей-неволей срывается с языка. Между тем он бессмыслен. Бессмыслен, ибо и то и другое имеет место на самом деле! Поведение фотонов как частиц — физическая реальность. Поведение фотонов как волн — такая же физическая реальность.

Даже у плитки с волнистой черепицей можно с легкостью обнаружить похожую двойственность свойств. Когда она падает с крыши и ударяет прохожего по голове, он ни в алей-шей степени не замечает ее волнистости, зато сполна ощущает ее массивность. Но когда мальчишка пробегает мимо потирающего затылок невезучего пешехода и босой ногой наступает на уцелевшую плитку, он не получает никакого представления об ее массе, зато довольно болезненно чувствует ее волнистость. Какова же плитка на самом деле?

У фотона двойственная природа: он частица-волна!

Видите, история вовсе не вернулась «на круги своя». Световые корпускулы Ньютона сменились световыми волнами Гюйгенса, а затем пришли корпускулы-волны — «кентавры», как лет пятнадцать назад назвал их наш известный теоретик М. А. Марков. (Вспомнил о мифических полулюдях-полуживотных и западный философ-физик Ф. Франк).. Но и корпускулярность этих «кентавров» совсем не та, какой наделил Ньютон свои частицы, и волнообразность их совсем иного рода, чем думали прежде приверженцы волновой теории.

Представление о волнах-частицах или о частицах-волнах — завоевание физики XX века. И неисчислимы последствия этого странного представления. Они так неожиданны и так глубоки, что один из создателей науки о микромире — Луи де Бройль — назвал открытие двойственности волн-частиц «наиболее драматическим событием в современной микрофизике».

Если бы эти слова произнес писатель или историк, никто не удивился бы. Каждый только подумал бы, что говорить о физических идеях как о драматических событиях, пожалуй, не очень уместно; однако спорить тоже не стоит: известное дело — писатели любят выражать свои мысли красиво, а историки — патетически… Но тут о драматизме идей заговорил сам ученый! И мы еще не раз почувствуем его правоту.

А теперь надо вернуться к началу этих «путевых заметок», чтобы посмотреть наконец, как удается физикам сделать невидимое и неслышное явным.

 

Глава шестая

Романтика без романтики. — Кинокадры однообразного фильма. — Кто они, строители туманных тоннелей? — Физик имел право улыбнуться. — Летит релятивистская частица! — Что делать с подробностями? — «Поющие электроны». — История расточительства. — Грация экономного чуда. — Начало арагацкой легенды. — Миражи, миражи… — Остаются ли развалины от воздушных замков?

1

Невзначай возникшее в памяти облачко на Арагаце все стоит у меня перед глазами. Оно зовет на эту гору очарований и разочарований, но напоминает о вещах, от науки далеких. Впрочем, может быть, и не таких уж далеких?

…Вездеход застрял в грозе. Вернее, застрял-то он в грязи, но вокруг была гроза. Вокруг, а не над нами. Молнии не имели тут никакого сходства с ветвистыми трещинами неба, с зигзагами предупреждающих стрел: «Осторожно! Высокой напряжение!» Прямо из-за каменных бурунов слева и справа выплескивались тусклые вспышки. И тотчас грохот перекатывался по каменным осыпям ниже и выше нас.

Кто-то сострил, что на Арагаце у света и звука скорость, наверное, одна и та же. Однако сочувствия острота не вызвала — потоки воды заливали машину и грозили сделать дорогу совсем непроходимой, вездеход увязал все глубже, точно хотел доказать, что со словами «везде» и «всегда» надо обращаться осмотрительней.

А было это уже в июне, когда весна добралась, наконец, из Араратской долины до арагацких высот. Блаженное время года. Но здесь и оно умеет подстраивать людям каверзы. Утром с горы сообщили по радио: «Погода прекрасная». Облачко на склоне Арагаца было, конечно, не в счет. Но к полудню оно стало шириться и наливаться синевой. Руководитель арагацких физиков Артемий Исаакович Алиханян предупредил шофера: «Наденьте цепи!»

Однако молодой шофер ослушался. Он и машины не обул и сам не надел ни ватника, ни брезентовой штормовки. Теперь его красивый зеленоватый пиджак был исхлестан тропическим ливнем, а физики ругали его, не жалея слов, и помогали ему, не жалея сил. Долгая задержка была на редкость некстати, а сидение в грозе — на редкость ненадежным. Но я думаю, что против легкомыслия водителя вздыбились тогда не только обстоятельства минуты, но и вся история Арагацкой высокогорной лаборатории.

С Арагацем нельзя шутить. Об этом предупреждают старожилы. Шофер вездехода, наверное, играл еще в деревянные грузовички и картонные танки, когда в самое трудное время войны по дикому бездорожью потянулась к вершинам горы экспедиция физиков; когда у Черного озера возник среди камней и холодных ветров первый палаточный лагерь исследователей космических лучей; когда только вьючные ослы могли служить на каменистых склонах надежными вездеходами; когда за поворотами неверных троп доверчивых людей подстерегали недобрые «духи приключений»; когда лихость или небрежность могли стоить человеческих жизней и внезапные бураны, непроглядная мгла, непредвиденные обвалы, в самом деле, взимали порой эту дорогую дань с обитателей горы — пионеров ее заселения.

Совсем как ветераны войны, старожилы Арагацкой лаборатории любят по всякому поводу вспоминать ту начальную пору в истории станции. Лет десять назад об этой поре хорошо рассказала писательница Екатерина Строгова в интересном очерке «На горе Арагац».

С тех пор накопились и копятся новые воспоминания. В них меньше места занимают лишения и опасности. В них меньше того, что называется романтикой, как меньше ее в плаванье океанского парохода по сравнению с путешествием, парусника. Наверное, эта романтика вовсе исчезнет, когда лента асфальта вскоре дозмеится до Черного озера, и мачты высоковольтной линии дошагают до маленького поселения на высоте 3 250 метров, и само это поселение разрастется, потому что вслед за пионерами Арагаца там, конечно, построят себе лаборатории и ученые других специальностей — все, кому полезно быть поближе к небу. А летом в свободные дни станут запросто приезжать туда ереванцы — покататься на лодке, подышать высотой. И если придет кому-нибудь в голову гуманная мысль — соорудить на берегу Карагеля туристскую базу с водной и лыжной станциями и поднебесным ресторанчиком с армянской форелью, но без армянского коньяка (это запретная вещь на такой высоте), может быть, физикам предоставят право выбрать для нее название. И, может быть, они решат окрестить ее звучным, но только им одним понятным словом — «Мезон»? (Не французским «мезон», или «дом», а физическим термином того же звучания, но совсем другого смысла и происхождения.)

Об утрате первоначальной романтики лишений и опасностей исследователи вряд ли будут жалеть: дело лучше делать в такой обстановке, где минимум усилий тратится на вынужденный героизм. Но в слове «мезон» будет всегда оживать для них вдохновляющий пионерский дух Арагаца.

Меня мучит одно сомнение: надо ли говорить о таких вещах, так же как вообще о работе ученых, в возвышенных выражениях? За нарядными словосочетаниями незаметно ускользает реальная жизнь. Она превращается в легенду. А участники любого дела вовсе не творят свои биографии, но просто работают. Так и люди на Арагаце — они просто работают. Работают, устают, клянут непогоду, томятся надеждами и раздражаются, когда что-нибудь не выходит, не любят придирчивости начальства, привередничают из-за однообразия борщей и баранины, пишут письма и жаждут свиданий, радуются случаю спуститься вниз, к вечерним огням Еревана, и снова работают, работают, работают. И не предаются мыслям о своей исключительности и не видят в своей жизни ничего легендарного, разве что за вычетом тех редких эпизодов, о которых с жадностью расспрашивают их заезжие журналисты, нечаянно заставляя обитателей горы возвыситься на минуту над самими собой и над трудной арагацкой повседневностью. И когда подумаешь вдруг о неизбежной улыбочке, с какою читают эти люди заученно возвышенные, хотя и совершенно искренние слова об их романтической работе и жизни, язык прирастает к нёбу и на полуслове обрывается полуправдивое красноречие.

…Сверху, с горы, я увез на память выпрошенный подарок — кусочек кинопленки, всего четыре кадра. Не портрет и не пейзажи, кадры без людей и без природы. Но, честное слово, лучшей памяти об Арагаце и невозможно было бы с собой увезти. Когда смотришь на них против света через увеличительное стекло, теряешься в бездне маленьких, но поразительных событий, запечатленных на этих кадрах.

Правда, они умалчивают об арагацких буранах и многолетнем терпенье упрямых людей; зато они рассказывают об удивительных — снова удивительных! — приключениях ищущей человеческой мысли, которые привели ученых на Арагац.

Четыре кадра… Много это или мало? Для нас, любопытствующих, довольно и одного. Того, что рассказывает любой из них, хватило бы с избытком на полнометражный остросюжетный фильм — столько там отражено разнообразных происшествий и неожиданных скрещений многих судеб, наконец, рождений и смертей.

Действующие лица в этих событиях — элементарные частицы.

Когда мы поднимались на Арагац, чтобы увидеть, как незримое и неслышное становится явным, я уже знал, что на таких-то кадрах и заснято то, что, казалось бы, вообще невозможно заснять. И среди прочего — рожденье и гибель мезонов, тех самых мезонов, в которых оживает пионерский дух Арагаца.

2

Кадры выглядят так. Похоже, будто кто-то собрался записывать музыку на черной школьной доске и аккуратно разлиновал ее темную плоскость мелом, как нотную бумагу. Но раз уж перед нами настоящая кинопленка и нам померещились настоящие фильмы, останемся в кругу театральных сравнений. К тому же есть в них привлекательная наглядность.

Декорации в каждом кадре, сколько их ни просматривай, всегда одни и те же: темное прямоугольное пространство сцены расслоено на горизонтальные полосы светлыми линиями. Похоже, что действие разыгрывается на нескольких этажах современного каркасного дома и сцена изображает макет начатого конструктивистского здания в разрезе.

Эта сцена — внутренность камеры Вильсона. Ее темное пространство расслоено на полосы-этажи тонкими свинцовыми или медными пластинками. Чтобы сыграть свою роль, космические частицы появляются в камере по доброй воле, в одиночку, без сговора друг с другом, без предварительных репетиций и, наконец, не спрашивая, где вход.

Их появление совершенно случайно! Им не стоит особых усилий, кроме некоторых затрат энергии, ворваться в камеру через ее стенки: проникающая способность этих частиц — их талант, дающий им право на участие в фильме. Но и у физиков Арагацкой киностудии-лаборатории есть свои неотъемлемые права: они постановщики и операторы фильма и вовсе не обязаны снимать на пленку каждого, у кого обнаружились способности.

Это очень напоминает актерские пробы в настоящем кино: режиссер подвергает испытаниям множество кандидатов на роль, прежде чем выберет наиболее подходящего исполнителя. Правда, потом выбор может оказаться все-таки неудачным, но это уж другое дело: истинные таланты редки, нетрудно и ошибиться.

Вот так и физики на Арагаце: они долгие годы ищут новые элементарные частицы в космическом излучении и снимают только тех кандидатов в истинные новаторы, которым удается по крайней мере правильно сыграть предполагаемую роль. Это первое и обязательное требование. Ему удовлетворяют немногие или сравнительно немногие частицы, приходящие в камеру. Но какие из них действительно окажутся еще неизвестными «первоосновами», это решается не во время съемки, а позже — после придирчивого изучения заснятого фильма.

Непонятно, однако, как же убеждаются физики в том, что роль сыграна частицей хотя бы правильно, что ее стоит снимать для дальнейшего изучения? Ведь об удаче можно судить не раньше, чем частица сделала на сцене свое дело, но если она его уже сделала, то что "же, собственно, снимать? Нельзя же в самом деле вернуть случайную гостью на сцену и попросить повторить все сызнова?

Пора сказать, в каком фильме играют частицы. Тогда нам все станет ясно. Его название для нас не ново — «Ионизация».

Камеру Вильсона называют туманной. В ней и вправду может легко образовываться туман, так что это вовсе не образ — «туманная камера», а вполне техническое название. Она насыщена парами спирта в смеси с каким-нибудь газом. Стоит быстро расширить ее объем — пары немножко охладятся, сделаются пересыщенными, готовыми обратиться в капельки влаги. Так в часы холодных утренников во влажных низинах, где воздух пересыщен водяными парами, образуется туманная пелена. В камере Вильсона всегда готов опуститься туман спиртовой. Не хватает только одного — мельчайших пылинок, на которых оседали бы капельки влаги, или «центров конденсации», говоря языком ученых. Вот если бы появились в камере заряженные ионы каких-нибудь атомов, они прекрасно сослужили бы эту службу.

Фильм «Ионизация» начинается с того момента, когда врываются на затемненную сцену космические гостьи. Частицы высоких энергий, они сразу же принимаются растрачивать свое достояние на столкновения с атомами газа. Срывая с них наружные электроны, они усеивают свой путь заряженными обломками атомов — ионами, странниками Фарадея, Пьер Оже, написавший книгу о космических лучах в год окончания второй мировой войны, уподобил частицы высоких энергий вражеским мотоциклистам: врезаясь в мирную толпу, они калечат встречных, их дорога — дорога смерти, В дни мира можно обойтись без кровавых метафор. Не стоит называть ионы не только покалеченными трупами, но даже обломками: как-то не очень похоже. Заряженные ионы жизнедеятельней нейтральных атомов — с них точно сорвана маска безразличия, точно открылись вдруг привлекательные, энергичные лица: молекулы пересыщенного пара льнут к ионам, образуют вокруг них капельки, белеющие во тьме еще не освещенной сцены.

Узкий гуманный след тянется за космической частицей, обозначая череду ионов, созданных ею на своем пути. Теперь нужно на долю секунды включить юпитеры и заснять происшедшее — фильм будет готов. Незримое и неслышное станет явным.

Только нельзя снимать преждевременно — надо дать образоваться туманному следу, и нельзя запаздывать — иначе туман рассеется, и след расползется. Словом, почти синхронно происходят четыре события: появление частицы в камере Вильсона, расширение объема камеры для создания пересыщенности в парах, включение света, срабатывание затвора съемочного аппарата. Так организована съемка в физической киностудии на Арагаце. И, конечно, все происходит автоматически: частица не предупреждает о своем появлении. Она летит со скоростью, близкой к световой, и уследить за нею немыслимо. Она должна сама командовать съемкой! Физики все устроили так, что она действительно подает команду, которая беспрекословно исполняется.

Тут снова работает ионизация.

Космическая частица летит сверху — падает с неба. Выше туманной камеры она встречает барьер из металлических трубочек. Они тоже наполнены газом. Трубочки тонкостенные. Внутри каждой протянута тонкая проволочка. Это столь же знаменитые, как и камера Вильсона, счетчики Гейгера-Мюллера. Проскочить на сцену, минуя барьер, частица не может: счетчики образуют плотную крышу над камерой. Но эта крыша для космической гостьи отнюдь не преграда — она без труда пронизывает попавшуюся ей на пути трубочку. Нейтральные атомы газа внутри счетчика постигает та же участь, что в туманной камере: частица срывает с них электроны, и атомы становятся ионами. Но в камере Вильсона они никуда не спешат — их ничто не притягивает, наоборот, привлекательные незнакомцы, они сами служат притягательными центрами для молекул пара. А в счетчиках ионы — настоящие странники. Их притягивает проволочка, натянутая внутри: дело в том, что она находится под напряжением.

Ионы тотчас устремляются к ней. Возникает Давка и даже драка: торопящиеся ионы газа уже сами действуют как первоначальная космическая частица, По дороге к проволочке они срывают электроны с наружных оболочек своих недавних близнецов — других нейтральных атомов газа. Конечно, энергия ионов ничтожна по сравнению с энергией космической частицы, но зато их много. И хотя каждый порождает сравнительно мало новых ионов, заряженная лавина быстро нарастает. За какую-нибудь миллионную долю секунды раздается короткий, но довольно сильный удар электрического тока — электрический импульс. Ну, а дальше дело чистой техники заставить его работать.

Тут кончаются заботы физиков и начинаются хлопоты инженеров. Усилив этот импульс тока, они могут делать с ним все что угодно, хоть включать с его помощью световую рекламу над будущей туристской базой «Мезон». Сейчас эти импульсы включают съемочную установку на Арагаце.

…В лаборатории тихо. Только негромко перебрасываются словами лаборанты. «У тебя когда отпуск?» — «Да неизвестно. А в Ереване сейчас ве-есело…» — «Говорят, Сароян приезжает, слышал?» — «Бро-ось!» И вдруг раздается что-то вроде удара бича и глубокий вздох. Это пролетела и снялась на пленку талантливая частица: вздохнула, расширив свой объем, камера Вильсона, вспыхнули и осветили сцену мощные лампы, и потонули в этом шуме быстрые щелчки сработавших затворов съемочных аппаратов. Порожденный частицей импульс тока сделал свое дело!

И снова в лаборатории тихо. Лаборанты склоняются над приборами. В журнале наблюдений появляются записи показаний вздрогнувших стрелок на пульте установки. Сколько продлится тишина — никто не знает: нужные частицы приходят без расписания, и они редки.

Своим умением самофотографироваться в полете космические частицы в конце концов обязаны инженерам нашего времени.

3

Кинокадры, что держу я сейчас против света, отнюдь не самые удачные (оттого-то мне их и подарили). Приходит на память, как Артемий Исаакович Алиханян, согнувшись над стереоскопом в Арагацкой лаборатории и просматривая очередную заснятую пленку, говорил: «Надо было уменьшить запаздывание — следы недостаточно четкие». Лаборанты молча соглашались. Я подыскивал сравнение для будущего очерка. В голову пришло самое простое, банальное, но точное: «Ах, значит, из-за опоздания туман успевал чуть расползтись, как белый шлейф самолета в безоблачном небе!»

Но существенней было другое.

Приглядываясь к пленке и сверяясь с бухгалтерским гроссбухом лаборатории, Алиханян негромко повторял: «Нет, это, конечно, протон». Или: «Тут вероятней всего мю-мезон». Шуршание перематываемой под стереоскопом пленки, и снова тот же голос без энтузиазма: «И здесь типичный протон». Или: «Легкий мезон, это ясно».

Физик узнавал частицы по следу, как искушенный охотник лесное зверье. Попадались все старые знакомые. Как раз это-то и не пробуждало в ученом никакого воодушевления. На пленке были засняты частицы, сумевшие безупречно пройти актерскую пробу, однако и без специального исследования физику бросалось в глаза, что перед ним не те следы, которые он жаждал увидеть.

«Те следы» редки. Так редки, что физики до сих пор не уверены в их происхождении, — может быть, это «ошибки опыта», может быть, «маскировка» уже известных частиц, а может быть, тут и впрямь замешаны какие-то новые, еще неведомые, неизученные элементарные частицы! «Нет» сказать легче, чем «да». После Алиханяна и его сотрудников другие исследователи лишь в трех-четырех лабораториях мира наблюдали нескольких представителей этого возможного, пока безыменного, племени «первооснов». А многим вовсе не удалось их наблюдать. Сомнения серьезны и все углубляются — вплоть до полного отрицания. Они одолевают и Алиханяна, одолевают и мучат.

Но как же так — либо наблюдали, либо не наблюдали?

Одно из двух. Разве есть третья возможность? Разве охотник, увидев в лесу новый след, усомнится, что на его ухожи появилось незнакомое четвероногое? Не надо спешить — стоит вспомнить про следы «снежного человека» в Гималаях. Их необычность, казалось бы, бесспорна. И все-таки существование сноумена остается открытой проблемой. Легковерие и наука — «две вещи несовместные».

Однако тут есть разница. «Снежного человека» можно будет раньше или позже поймать, если, разумеется, есть что ловить. Тогда все доводы «против» немедленно отпадут. И все доводы «за» — тоже. Они станут ненужными перед лицом генерального факта — вот он, мохнатый человекоподобный, стоит перед нами. А как разрешить спор о существовании новой элементарной частицы? Только доводами «за» и «против».

Кто-то забавно сказал, что в камере Вильсона частица летит внутри своего туманного следа, как муха в тоннеле метро. И это еще слишком щедро сказано, чудовищно щедро:; муху нужно было бы заменить каким-нибудь летающим вирусом, чтобы хоть отчасти соблюсти масштаб. И разве не замечательно, что этот грандиозный тоннель молниеносно прокладывает ничтожно малый строитель? При этом возникший перед нами тоннель уже только воспоминание о строителе, его самого там, внутри, уже нет: сделав свое дело, породив ионы, которые, в свой черед, дали начало ниточке тумана, частица вновь превратилась в невидимку — покинула камеру, или распалась, или поглотилась в веществе. По типу возведенного тоннеля — по его массивности, размерам, кривизне — ученые судят о могуществе строителя и его характере.

Так работа физиков становится похожей на изыскания археологов: тех, кто возводил пирамиды Египта или циклопические стены Фив, давно уже нет ни в Египте, ни в Фивах, бессмысленна надежда их увидеть, но по итогам их труда можно многое умозаключить о них безошибочно, а о многом можно спорить. К слову сказать, фиванские стены были построены в такие незапамятные времена, что уже древние эллины искали ответ на Вопрос: кто строил эти стены? Возникла легенда о заморских великанах — одноглазых циклопах. Ну что ж, разве она плохо Объясняла баснословную затрату энергии на кладку гигантских камней? Хорошо объясняла — просто и смело. Одна беда — такая «теория» противоречила всему опыту человеческой жизни, всем представлениям о роде людском. Великаны? Одноглазые? Нет-нет, это, как любят говорить физики, «не проходит». Надо поискать другие возможности.

Незримые строители тоннелей из тумана творят в камере Вильсона поистине легендарные дела. Кто же они, эти строители?

Одно очевидное умозаключение можно сделать немедленно: это частицы, обладающие электрическим зарядом, ибо нейтральные частицы не умеют ионизировать атомы и молекулы. Кстати, на каждом кадре множество туманных следов, кроме того главного, который оставила гостья, командовавшая самой съемкой на Арагаце, И следы эти разнообразны — есть очень тонкие и потолще, есть прямые и закругленные, есть короткие и длинные… Непрошеные частицы, что так бесцеремонно наследили на сцене, где их вовсе не собирались снимать, могли проникнуть в камеру извне — сверху, снизу, сбоку, а могли зародиться в ней самой. Эта нам сейчас решительно все равно. Зато совсем не все равно, что различия в следах наверняка должны отражать какие-то важные различия в свойствах самих частиц.

Да, но какие различия?

4

Сначала кажется, что возможности туманной камеры очень скромны: она позволяет узнать, заряжены микрочастицы или нет. Но не забывайте — она делает видимыми их пути. Ради одного этого кембриджскому физику Чарлзу Вильсону стоило отдать годы жизни на изучение туманов, чтобы в конце концов прийти к своему тонкому изобретению Он пришел к нему на редкость вовремя — в 1912 году. Всего годом раньше Эрнест Резерфорд доказал существование атомного ядра, и началось стремительное развитие ядерной физики — А двумя годами раньше австриец Гесс доказал, что на Землю приходит «высотное излучение», и началось столь же бурное развитие физики космических частиц, В эту-то пору исследователи микромира и обрели инструмент, который стал для них тем же, чем был микроскоп для биологов и телескоп для астрономов.

Когда-нибудь человечество поставит памятники выдающимся изобретениям — инструментам, машинам, приборам, конструкциям. Памятник первому спутнику — воплощение этой надежды. То будут монументы в честь коллективного разума. Он достоин бронзы, мрамора и стали! Освоение и совершенствование любого изобретения — дело многих голов и рук. Только «доведенное до ума» последующими, часто неведомыми соавторами первооткрывателя изобретение обнаруживает все заключенные в нем возможности.

Так было и с камерой Вильсона, для которой со временем найдется постамент на площади одного из университетских центров мира.

Тридцать с лишним лет назад молодой и еще неизвестный ученый догадался поместить туманную камеру в Магнитное поле. В ту пору работа с магнитными полями была страстью этого талантливейшего экспериментатора. Однажды он вел опыты с альфа-частицами — ядрами гелия. Они прокладывали в камере отчетливые прекрасные трассы — прямые белые нити тумана. Ученый подумал: магнитное поле должно эти трассы искривить — оно ведь отклоняет заряженные частицы от прямого пути. (Так, в дубенском ускорителе магнитное поле заставляет двигаться по кругу быстролетящие протоны.)

Но чем кривые пути могли быть лучше прямых? Очень просто: искривление туманных следов сулило приобретение новых сведений о частице.

Движущийся заряд противится отклоняющейся силе магнитного поля с тем большим успехом, чем больше масса заряженного тельца и чем выше его скорость. Тяжелую частицу труднее свернуть с ее прямого пути, чем легкую. Быструю — труднее, чем медленную. Это заведомо ясно. У всех ядер гелия одна и та же масса, если пренебречь малыми различиями, зависящими от их не совсем одинаковых скоростей. Значит, при скоростях, далеких от световой, когда такое пренебрежение допустимо, по кривизне туманных шлейфов альфа-частиц можно судить о быстроте их движения: у неторопливых кривизна следа будет сильнее, у более стремительных — слабее.

Ученый получил искривленные следы, и частицы сразу стали рассказывать о себе со сцены туманной камеры гораздо больше, чем прежде. Этим ученым был Петр Леонидович Капица, чье имя ныне так хорошо известно всем.

А затем в те же 20-е годы тоже молодой исследователь и тоже совсем еще неизвестный впервые предложил космическим лучам сниматься в пронизанной магнитным полем камере Вильсона. Космические частицы начали выбалтывать с туманной сцены важные новые сведения о своих свойствах. Ныне имя физика, который заставил их сделать это, тоже знакомо всем — Дмитрий Владимирович Скобельцын.

Самый простой секрет заряженных частиц — знак заряда. Плюс или минус? Под действием магнитных сил они сворачивают в одну сторону, когда заряжены положительно, и в другую, когда заряжены отрицательно. Так, на арагацких кадрах многие следы изогнуты в противоположных направлениях, хотя летели частицы вместе: сверху вниз. Значит, заряды у них были разного знака. Это очевидно.

Другие сведения не так просты. Прочитать их на вильсоновских фотографиях с такою легкостью уже нельзя. Даже о скорости частиц нельзя судить по одной только кривизне следов: у частиц ведь могут быть самые различные массы.

Вот два одинаково искривленных следа. Кто их оставил — тяжелая частица, но медленная или легкая, но быстрая? Малость массы могла быть вознаграждена громадностью скорости. Медленность движения могла быть скомпенсирована огромностью массы. Наверняка можно умозаключить лишь одно: произведение массы на скорость имело в обоих случаях одинаковую величину. «У частиц были равные импульсы, они обладали одним и тем же количеством движения», — так сказали бы физики на своем профессиональном языке.

Это второй секрет, который сразу выведало у частиц магнитное поле: величина их импульса! Но зачем ставить тут восклицательный знак?.. Физик улыбнулся бы, услышав такой вопрос. Ну что ж, это его право. А нам не стоит стесняться своей наивности. Самые простые вопросы — самые естественные для нас.

Есть давно открытый фундаментальный закон природы:, закон сохранения импульса, закон сохранения количества движения. Тот; кто стрелял из охотничьего ружья, ощущал действие этого закона на собственном плече. Перед выстрелом ружье и пуля покоились. Их скорости — и порознь и вместе — были равны нулю. Совместный импульс — тоже. После выстрела он должен был сохраниться — остаться нулем. Но как же это возможно: у пули теперь большая скорость и импульс большой? Несомненно. Но есть еще ружье-Оно тоже могло приобрести импульс, и при этом столь же большой, да только направленный в противоположную сторону. Если бы это случилось, сумма импульсов пули и ружья по-прежнему осталась бы равной нулю. Так оно и происходит — ружье отдает нам в плечо: оно «летит» назад, потому что пуля летит вперед. Но оно летит в кавычках — чтобы сравняться по импульсу с пулей, ему не. нужна большая скорость — у. него масса большая.

Распад ядра урана подобен выстрелу из ружья. Вылетает пуля — альфа-частица. Оставшееся тяжелое ядро должно отпрянуть назад. Это можно проверить. Можно в камере Вильсона наблюдать туманные следы ядер отдачи. Да, физики так их и называют — «ядра отдачи», подражая языку охотников и артиллеристов.

Теперь мы можем сполна оценить, как важно знание импульса элементарных частиц. Восклицательный знак был оправдан.

5

На арагацких кадрах встречаются изломанные туманные следы. Не изогнутые, а изломанные, точно летела-летела частица и вдруг круто свернула в сторону. Внимание! С ней случилось в полете что-то очень серьезное. Можно заметить, что в точке излома изменился сам след — стал он тоньше, слабее или наоборот. В этой точке прежняя частица, вероятно, исчезла, а возникла и отлетела в сторону новая.

Распад частицы на лету? Что ж, в микромире это событие заурядное. Однако новая частица полетела от точки распада под углом, доказывая воочию, что скорость у нее иная, чем у первой, по крайней мере по направлению. Значит, и импульс другой — у импульса всегда направление скорости. Но как же закон сохранения? Надо понять происшедшее.

Сам закон указывает физикам выход из затруднения. Для баланса кто-то еще в точке распада должен был унаследовать часть импульса первой частицы. Очевидно, в месте излома родилась не одна частица, а по меньшей мере пара новых микрокентавров, и второй из них тоже отлетел под углом, но в другом направлении.

Однако если частица распалась на две, то почему же след от точки распада идет только один? Где же второй? Этот естественный вопрос кажется роковым. Но стоит только задать его по-другому, и ответ найдется немедленно. Надо спросить: почему не виден второй след? Да потому, что за второй из родившихся частиц не потянулся лучик тумана — она не смогла создать ионов на своем пути, она оказалась нейтральной.

Иначе и быть не могло. Распавшаяся частица должна была завещать своим наследницам не только импульс, но и заряд. А раз уж одна наследница сумела прочертить туманный след, то на долю второй заряда не осталось.

Это маленький пример могущественного союза опыта и теории. Даже отсутствие следа в туманной камере полно значения! Там, где мы не видим решительно ничего, физик видит мысленным взором улетающую частицу. У физиков есть забавы, соль которых понятна только им одним. Рассказывают, что однажды в 1960 году на теоретическом семинаре в Копенгагене у Нильса Бора известный теоретик Ганс Бёте в шутку продемонстрировал совершенно черный снимок — без единого туманного следа! — и сказал: «Ясно, что здесь летела нейтральная частица, которая распалась затем на две новые нейтральные… Экспериментаторам тут, конечно, нечего сказать, но мы, теоретики, должны подумать над этим замечательным снимком…» Все засмеялись хотя, наверное, все вспомнили, что ведь нечто похожее лет тридцать назад и впрямь случилось в истории открытия «первооснов».

Так элементарная частичка нейтрино стала жить в воображении физиков на четверть века раньше, чем удалось окончательно убедиться, что она живет еще и в природе, то есть действительно существует, А сначала ученые попросту выдумали ее как третье тельце для баланса по законам сохранения. Вот как это было.

…Многие радиоактивные элементы испускают альфа-лучи — ядра гелия. А многие — бета-лучи. Это обычные электроны. Что проще рассматривать бета-распад так же, как альфа-распад: ядро расстается с электроном, как ружье с пулей! Но обнаружилось, что пули-электроны, грубо говоря, летят, как им заблагорассудится, и ядра отдачи «отдают в плечо» Н? так, как полагалось бы при обычных выстрелах.

Недавно умерший выдающийся физик нашего времени швейцарец Вольфганг Паули, изучая бета-распад, понял, что тут замешано третье тело! В 1931 году он «выдумал» новую пулю крошечного калибра, которая должна вместе с электроном вылетать из ядра… Через два года великий итальянец Энрико Ферми, создавая теорию бета-распада, назвал эту призрачную пулю Паули ласковым словечком «нейтрино» — маленький нейтрон, нейтрончик: она ведь нейтральна.

Кстати уж стоит сказать (в путевых заметках обычно все кстати), что у Энрико Ферми были особые причины относиться ласково к ядерной элементарной частице — нейтрону, открытому в 1932 году англичанином Джемсом Чэдвиком.

Но прежде надо заметить, что, по общему мнению ученых, Ферми был едва ли не единственным в мире физиком-атомником, в котором гений экспериментатора соединялся с гением теоретика. Он был теоретиком с головы до ног и экспериментатором с ног до головы. В воспоминаниях его жены есть забавный эпизод:

«…Несмотря на теоретические указания Энрико, как нужно поддерживать огонь в топке, температура у нас в комнатах не подымалась выше 8°. Я стала поговаривать о зимних рамах. Энрико… уселся у себя в кабинете и погрузился в длиннейшие вычисления… Результаты получились обескураживающие: проникновение холодного воздуха извне настолько ничтожно, что зимние рамы никакой помощи не окажут. Только спустя несколько месяцев Энрико дал согласие на покупку рам. Он пересмотрел свои вычисления и обнаружил, что не туда поставил запятую в десятичной дроби».

Однако среди физиков он слыл непогрешимым.

Тогда же, когда разрабатывал он теорию бета-распада радиоактивных атомов, его мысль уже занимали многообещающие опыты с нейтронами. Он решил бомбардировать ими все химические элементы подряд и скоро обнаружил, что многие атомные ядра, захватывая нейтроны, теряют свою устойчивость. Они становятся искусственно радиоактивными. Такую радиоактивность открыли незадолго до этого Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, так что, казалось бы, уже нечему было удивляться. По простой и очевидной логике считалось: чем энергичней бомбардирующие частицы, тем вероятней, что они заставят атомы стать неустойчивыми. Но в римской лаборатории Ферми открылось и нечто прямо противоположное: замедленные нейтроны вызывали больший эффект, чем быстрые. Это выглядело чудом.

Первым заметил «чудо» молодой Бруно Понтекорво. Ему было тогда 25 лет. Впрочем, в римской лаборатории в ту пору все были такими же молодыми, как и ядерная физика. Даже самому «папе» — Энрико Ферми — было немногим больше тридцати. И экспериментировали там весело — с молодой нетерпеливостью и находчивостью, очень по-итальянски.

По-итальянски? Нет, вряд ли это был национальный стиль. Теперь, когда Бруно Понтекорво стал для своих коллег Бруно Максимовичем Понтекорво, членом-корреспондентом Академии наук СССР, ученым с мировым именем, он — руководитель тонких экспериментальных (работ в одной из лабораторий Дубны — может видеть вокруг себя те же черты гибкой веселой изобретательности советских молодых ученых-атомников, для которых он уже сам теперь «папа». Это — интернациональные черты молодости в науке, когда исследователи полны сознания, что они делают историю и верят в будущее.

Осенью 1934 года Энрико Ферми вместе с Бруно Понтекорво и другими учениками опускал источник нейтронов и облучаемый ими цилиндрик из серебра в бассейн с золотыми рыбками. Там, у старого фонтана в саду за стенами лаборатории, Ферми убедился, что вода прекрасно замедляет нейтроны. А он уже понял, что медленные нейтроны легче захватываются атомами просто потому, что они медленнее пролетают мимо ядер, то есть дольше соседствуют с ними. Он еще не знал тогда, что при захвате таких нейтронов становятся как бы вдвойне радиоактивными ядра урана. Не знал, что они делятся почти пополам, выпуская на волю огромную энергию внутриядерных связей. Он еще не догадывался, что в этих опытах у римского фонтана закладывает экспериментальную основу будущих атомных реакторов.

Но, согласитесь, у него были основания питать нежные чувства к нейтронам. И недаром призрачная пуля Паули получила из его уст трогательное имя «нейтрончик» — нейтрино.

А через четверть века, в 1956 году, нейтрино вдруг стало героем дня — с ним связались взбудоражившие ученых новые события в науке об элементарных частицах. Так разве не ясно, что физик в самом Деле имел право улыбнуться в ответ на наше недоумение: что может дать знание какого-то там импульса? Но был у него и еще один повод для улыбки — менее замысловатый, но не менее существенный.

6

Когда вам говорят — площадь комнаты такая-то, что можно сказать о ее длине и ее ширине? Ничего определенного: комната может быть квадратной, а может быть похожей на коридор. Вот так и импульс — произведение массы на скорость: его значение ничего не говорит о массе и скорости по отдельности.

Но, к счастью, есть еще одна легко измеримая величина, зависящая от скорости и массы частицы: энергия ее движения. Узнать бы еще энергию! Тогда сразу раскроет частица оба своих «секрета» — и массу и скорость. Природа ведь и вправду вовсе не держится за свои тайны, она готова разбазаривать их налево и направо, рассказывать когда угодно и кому угодно — нашелся бы умеющий слушать и понимать-Говоря о «секретах» частицы, мы признаемся, сами того не замечая, только в своей «глухоте» и «нерасторопности». Нужны два — уравнения, чтобы определить два неизвестных: скорость и массу. Величина импульса наполовину решает дело: она дает одно уравнение. Энергия может дать другое.

Надо услышать, что рассказывают про свою энергию со сцены туманной камеры космические частицы. Там они выступают перед исследователями как строители тоннелей из тумана. Кривизна тоннеля зависит от импульса. А массивность и длина? Очевидно, от затрат энергии, на какие способна частица, от ее энергетических ресурсов и от ее щедрости.

Около тридцати электроновольт нужно потратить частице на создание пары ионов в камере Вильсона. Частице приходится работать в пути, чтобы возникали центры туманообразования! Но когда силы ее иссякают, она останавливается, обрывается туманный след.

Заряженная частица работает своим электрическим полем. С его помощью взаимодействует она с электронами встречных атомов, отрывая их от ядер. Чем медленнее летит частица, тем больше возникает ионов, тем толще след. Но, стало быть, и траты ее больше — скорее иссякает богатство. А его и так было сравнительно немного: энергия медленной частицы невелика. Она сумеет выстроить хоть и массивный, но короткий тоннель. Это результат ее бедности и щедрости.

И вот частица быстрая миллиардерша, подобно протону из Дубны. Пролетая с огромной скоростью, успеет ли она вообще сколько-нибудь заметно поработать своим полем на единице пути? Успеет ли она потратить хоть немного своей громадной энергии на создание ионов? Тоннель, конечно, окажется очень длинным: энергии для трат у частицы сколько угодно — миллиарды электроновольт. Но не обрекает ли ее богатство на скупость? Не будет ли она. тратить из-за быстроты так мало, что тоннель выстроится кисейный, совсем прозрачный, еле различимый? Зачем тогда подставлять туманную камеру под космические лучи, где особенно интересны как раз частицы высоких энергий?

Конечно, теория относительности должна объяснить — почему же следы таких сверхскоростных частиц все-таки отлично видны в камере Вильсона. Именно такие частицы ощутимо демонстрируют наблюдателю в земной лаборатории, относительно которой они так быстро движутся, возрастание своей массы от скорости, замедление собственного хода времени и сокращение собственного масштаба длины. Оттого-то эти быстрые частицы называют релятивистскими — они целиком живут во власти законов теории относительности (а «относительный» по-латыни — «релятивус»)

Электрическое поле заряженной частицы окружает ее со всех сторон, как земная атмосфера окружает Землю, и частице вовсе не нужно ударять атом «в лоб», чтобы оторвать от него электрон. Частица задевает атомы своим электрическим полем, когда они толпятся вдоль трассы ее полета. Так жар раскаленной болванки обжигает еще на расстоянии.

Но есть невидимая граница, за которой жар не опасен. Есть невидимый предел, за которым поле летящей частицы становится таким слабым, что уже не может сорвать электрона с мимо идущего атома 1 — не может превратить атом в ион.

Вообразите, что на болванку дует сильный ветер: за ветром к ней можно подойти ближе, но зато с боков надо будет теперь держаться от нее подальше: облако жара сплющится, но раздастся в стороны.

И вот летит через газ релятивистская частица. Не изменяет ли огромная скорость и поле частицы так же, как массу, течение времени, масштаб длины? Этого следует ожидать из самых общих соображений: поле тоже вполне материально, и силы его не могут не зависеть от свойств пространства и времени. Эта зависимость сложна, однако физики ее, конечно, расшифровали.

Обнаружилось, что электрическое поле летящей частицы сплющивается в направлении полета, но зато раздается в стороны, как жар болванки, на которую дует встречный ветер. Когда скорость мала по сравнению со скоростью света, такое сплющивание совсем незаметно, как незаметно и увеличение массы тела при малой скорости. Но у релятивистских частиц окружающее их поле электрических сил превращается, по выражению одного физика, «в лепешку» — в уплощенный, зато широкий диск. И чем выше скорость, тем шире лепешка.

Атомы газа должны держаться подальше от трассы релятивистской частицы — ее «жар» может обжечь и отдаленных зевак. А так как атомы ведь не знают, что летит такая гостья, они не сторонятся. Вот и получается, что, хотя частица очень торопится, она успевает наработать достаточно ионов, чтобы создать за собою не кисейно прозрачный, но достаточно плотный тоннель из тумана.

Это маленький пример совершенно реального вмешательства теории относительности в лабораторную работу исследователей «первооснов материи».

Масса изменчива — относительна. Она зависит от скорости. Энергия обладает массой. Масса таит в себе огромную энергию. С этими истинами полувековой давности все уже освоились, или примирились, или свыклись: очень уж внушительны доказательства — водородная бомба, гиганты-ускорители, атомный ледокол!

Но об изменчивости пространственно-временных отношений в природе многие еще думают втайне на манер героини одного юмористического и грустного писателя. «А, — подумала она, — ерунда! Лукавая математика, отвлеченные штуки, никому это всерьез и не нужно…»

Пока люди не нырнули на фотонной ракете в межзвездное пространство, пусть хоть скромная земная туманная камера ответит с улыбкой: «Нет, товарищи, оказывается, не ерунда!»

7

Только теперь я понимаю, сколько лишних вопросов задавал на Арагаце и в Ереване, мороча голову занятым людям, эксплуатируя их профессиональную терпеливость, южную приветливость и восточное гостеприимство.

Я не знаю теперь, что мне делать с их ответами — куда девать даже интереснейшие детали их работы? А главное — я не знаю теперь, как справиться здесь с этими деталями? И еще — я совсем не уверен, нужны ли они здесь вообще?

Специалисты любого дела живут в беспокойном море подробностей. Неспециалисты в этом море мгновенно тонут. — Приходилось ли вам слышать, как разговаривают о шахматах гроссмейстеры и мастера? «Ход а5 впервые встретился в 1902 году в партии Чигорина против неизвестного сеансера, но позже Алехин показал, что в меранском варианте…» Нет-нет, если вы хотите узнать, что за штука шахматы, да вдобавок испытать наслаждение от игры, не обращайтесь к мастерам и гроссмейстерам. Вы ощутите не столько величие предмета, сколько свою ничтожность.

Слушая в Дубне, на Арагаце, в Москве разговоры физиков о космических лучах и элементарных частицах, я с отчаянием чувствовал, как иду ко дну в глубоком море подробностей. Давние университетские годы казались никогда и не бывшими. Но отсталость так или иначе можно было еще ликвидировать, упущенное — наверстать. Хуже было другое: современная физическая картина мира на глазах покрывалась сетью трещин и трещинок, как стенная старинная роспись. Или — как водная гладь покрывается мелкой рябью, переставая быть зеркалом, ясно отражающим небо, берега, окрестный мир…

Сначала все казалось равно важным. Груз подробностей рос. Рушилась надежда когда-нибудь вынырнуть на поверхность. Я, в самом деле, переставал видеть целое за частностями, напуганный их обилием и сложностью. Так отпугивают книги с дотошными комментариями, когда на каждой странице три строки основного рассказа и сорок строк петита непролазных дополнений и разъяснений. Основное ускользало; из лабиринта трещин и трещинок не было выхода.

Такова современная наука. На ее удивительной почве любой вопрос и вопросик разрастаются в ветвистое дерево: факты, факты, факты — проверенные и спорные; догадки, гипотезы, теории — состоятельные и несостоятельные; таблицы, кривые, фотографии, ссылки, имена, имена, имена — известные и неизвестные… Меня отпугивало то, что было в действительности силой науки наших дней, залогом ее успехов, причиной стремительности ее роста: множественность усилий ученых, интернациональность их связей, разветвленность и широта исканий.

Но выхода не было — я дал себе зарок: бросить подробности. Чем меньше их будет, тем лучше. Яснее выступит главное. И я старался держаться этого зарока. Но пришел черед рассказать хоть немного о том, как добывают исследователи элементарных частиц сведения о своих подопечных. Возникли в разговоре камера Вильсона, счетчик Гейгера-Мюллера, магнитно поле Капицы и Скобельцына, измерение импульса и энергии. И вдруг я перестал понимать, где главное, а где подробности.

8

Почему, заговорив о камере Вильсона, я молчу о диффузионной камере, люминесцентной, пузырьковой? Там частицы тоже оставляют видимые следы. У этих приборов, придуманных позже, есть свои громадные неоценимые преимущества.

Видимые следы оставляют частицы в толстослойных фотопленках. Этот способ начал разрабатывать в 30-х годах покойный ленинградский физик Л. Мысовский; другие довели его до высокого совершенства и сделали выдающиеся открытия, пользуясь этим методом. Как же обойтись в рассказе без фотопленок? Камера Вильсона, в сущности, уже история.

И вот я сижу в растерянности, не зная, о чем говорить и о чем молчать.

А тут еще счетчики заряженных частиц! Их десятки и сотни в ядерных лабораториях. Они участники всех свершений, всех замыслов, всех надежд исследователей первооснов материи. Почему я обмолвился о «Гейгере-Мюллере» только двумя словами — справедливо ли это?

И почему ничего не сказал о самом Гансе Гейгере? Он ведь был ближайшим помощником Резерфорда, его учеником и ассистентом, когда в 1911 году великий англичанин уверился в существовании атомного ядра. Гейгер вел решающие опыты, задуманные учителем, и Резерфорд называл его «демоном счета альфа-частиц», восхищался его талантливостью, поражался неутомимостью («Гейгер работал, как раб»). Разве можно было умолчать о том, как во время первой мировой войны учитель и ученик, немей и англичанин, «кровавые враги», тайно переписывались через. друзей в нейтральных странах; как Гейгер помогал жить и работать пленным английским физикам — ученикам своего учителя и среди них — знаменитому Чэдвику, первооткрывателю нейтрона, тогда еще молодому исследователю! Подлый и самодовольный национализм был не властен над умами и душами больших людей науки. Почему же я об этом забыл рассказать, когда речь зашла о счетчике Ганса Гейгера?

Трудно жертвовать любыми — подробностями — и научны-ми, и историческими, и просто человеческими.

Заговорив об этом незаменимом приборе исследователей, можно ли было не сказать, что есть в их распоряжении и другие, столь же важные, счетчики — сцинтилляционные, пропорциональные, черенковские… Вправе ли автор выбирать для своего рассказа только то, что ему заблагорассудится?

И снова: упомянув сейчас о Черенкове, вправе ли я сразу идти дальше, не рассказав, как двадцать пять лет назад аспирант академика Вавилова неожиданно наткнулся на явление, которого прежде никто не замечал?

…Павел Черенков, будущий ученый, изучал свечение растворов урановых соединений под действием гамма-лучей. А открыл он при этом свечение совсем иного рода: оказалось, что и чистые жидкости, без малейших следов урана, тоже слабо светятся при гамма-облучении.

Увидеть новое — большая заслуга. А увидев, не пройти мимо, то есть действительно поверить в новизну открывшегося, — заслуга не меньшая.

Напротив — гораздо большая, чем может показаться в спешке науки! Не раз ученые объявляли новизну мнимой, приписывая неизвестное неизбежным случайностям и ошибкам опыта. А потом хватались за голову: «Да ведь мы же наблюдали это раньше!» Помню университетский рассказ о лаборанте, который получил выговор за неаккуратность, хотя в необъяснимых странностях целой серии оптических опытов был повинен вовсе не он, а неизвестное дотоле микроявление. Странности не были оценены по достоинству сразу… Дело случилось в Московском университете давно, в 20-х годах, но такие истории не стареют.

Так справедливо ли было бы из-за одного того, что это «подробности», не рассказать, как академик Сергей Иванович Вавилов в 1934 году немедленно и сполна оценил новизну открытого его учеником явления; как учитель тотчас сказал, что это не гамма-кванты, а электроны — виновники нового свечения; как для объяснения черенковского эффекта объединили свои усилия ученые двух школ советских физиков: ленинградской — академика Вавилова и московской — академика Мандельштама; как через три года И. М. Франк и И. Е. Тамм дали законченную теорию излучения электрона, летящего через вещество со сверхсветовою скоростью; как потом Черенков принялся за новые опыты и подтвердил все выводы этой теории; как совместный труд наших исследователей обогатил мировую физику новыми знаниями и новым способом определения скоростей и масс заряженных частиц высоких энергий; как в конце концов четвертьвековая история этого открытия завершилась в 1958 году присуждением Нобелевской премии нашим ученым, среди которых, к сожалению, уже не было академика Сергея Ивановича Вавилова.

Можно ли было не добавить хотя бы этих беглых строк к упоминанию о черенковских счетчиках?

Вы видите: подробности мгновенно мстят за злоупотребление ими — только поддайся соблазну и не вылезешь.

Вот промелькнула фраза о сверхсветовой скорости электронов, а мы только что возвращались на минуту к теории относительности и, конечно, еще не забыли, что скорость света — недостижимый предел для любых физических тел, имеющих массу покоя. Можно ли оставить это противоречие неразъясненным? Очевидно, нельзя. Так еще два слова о черенковском эффекте.

Дело в том, что истинный предел скоростей — это скорость света в пространстве, свободном от вещества, — 300 тысяч километров в секунду. Но сквозь вещество свет движется не так быстро — что-то ему как бы мешает. Что же именно? Наверное, сложные взаимодействия фотонов с частицами и полями в веществе.

Не надо думать, что ворвавшийся в вещество фотон замедляет свое движение, чтобы потом, вырвавшись из вещества, вновь «набрать» скорость света в пустоте, Такие замедления и ускорения для фотона невозможны, — вы это, несомненно, помните! Надо рисовать себе происходящее так, что вдоль линии полета светового луча в веществе возникает своеобразная цепь фотонных смертей и рождений: атомы поглощают падающие кванты энергии, возбуждаются и снова приходят к устойчивости, излучая другие кванты. На всю эту чехарду теряется время. Получается, что свет идет через вещество медленней, чем через пустоту. Но эта его новая скорость есть просто скорость распространения взаимодействий — возбуждений и успокоений, порождаемых в веществе проходящей световой волной. И ясно, что покидает вещество совсем не тот фотон, который влетел в него. «Того» фотона давно уже нет, а есть его дальний потомок… Суммарный эффект таков: скорость света в воде всего 225 тысяч километров в секунду, а в алмазе — 120 тысяч. Ну, а такие скорости легко достижимы для электронов. И не только для электронов. Дубенский протон-миллиардер движется несравненно быстрее, чем световая волна в воде или стекле, не говоря уж об алмазе. Такие-то «сверхсветовые» заряженные частицы и вызывают свечение, открытое Вавиловым — Черенковым.

Вот как это происходит.

При гамма-облучении на жидкость падает град очень энергичных фотонов. Они заставляют осыпаться колосья-атомы и снабжают выбитые зерна-электроны огромной скоростью. Эти электроны летят сквозь жидкость, как заряженные релятивистские частицы сквозь камеру Вильсона. Но вообще-то совершенно безразлично, каково происхождение быстрых электронов. Как в туманную камеру, заряженные частицы высоких энергий могут врываться в жидкость или другую-среду извне, а не возникать в ней самой. Наконец совсем не обязательно, чтобы это были электроны. Тут все дело только в том, чтобы частицы были заряжены и обладали сверхсветовою скоростью для среды, сквозь которую лежит их путь. Это могут быть дубенские протоны, космические частицы, осколки атомных ядер — что угодно.

В популярных рассказах об эффекте Вавилова — Черенкова механизм излучения этих сверхсветовых заряженных частиц объясняется обычно так.

Их электрическое поле работает в пути Но знакомому нам образцу: оно обдает своим «жаром» встречные атомы и молекулы вещества, пытаясь создать ионы. Но у поля не всегда хватает на это сил и времени — летит «сверхрелятивистская» частица! Часто в задетых атомах электроны только смещаются относительно ядер — не отрываются совсем, а лишь смещаются из нормального устойчивого положения в неустойчивое.

Иными словами, электрическое поле летящей частицы одни атомы ионизирует, а другие только возбуждает: выводит из состояния равновесия.

Но вот стремительная частица миновала атом, истратив на возбуждение электронов немножко своей энергии, ее поле ушло вперед, чтобы дальше работать. А что тем временем произошло с задетыми атомами? Едва частица показала им свою спину, как возбужденные электроны поспешили вернуться в прежнее — устойчивое — положение. Нечаянно приобретенную энергию они теперь отдают: она излучается в виде порций электромагнитных волн. А так как энергия эта была сравнительно небольшой — поле ведь сумело лишь возбудить атомы, — порции получаются тоже сравнительно небольшие, как раз такие, какими являются фотоны видимого света.

А виновница происшедшего — сверхбыстрая частица — уже далеко от места рождения световых волн: она летит сквозь вещество быстрее, чем это делает свет. Электромагнитные волны от нее отстают и потому образуют позади расходящийся световой конус. Так за торпедным катером возникает на море расходящийся конус отстающих волн. Но волны на море расползаются медленно — их можно долго наблюдать. А световой черенковский шлейф за мгновенно пролетевшей частицей исчезает тотчас — он наблюдается, как короткая вспышка, как лаконичный сигнал: «Частица пролетела!»

Все понятно.

Свет испускают атомы среды, сквозь которую прокладывает Себе путь сверхсветовая частица, а не она сама. Но она возбудитель, она первопричина этого излучения. Она расходует на него свою энергию. А раз так, то можно вслед за Таммом и Франком увидеть в свечении Вавилова — Черенкова очень оригинальное явление природы.

Представим, что излучатель световых электромагнитных волн — сама сверхскоростная частица, попадающая в удивительное положение: она движется сквозь среду быстрее, чем может двигаться там ее же собственное электромагнитное поле! Ну, скажем, наш Дубенский протон, оснащенный 10 миллиардами электроновольт энергии, способен лететь сквозь воду со скоростью почти в 290 тысяч километров в секунду, а его электромагнитное поле на такой. подвиг в воде не способно: свет может пройти в воде за секунду только 225 тысяч километров. Положение и вправду удивительное — поле отстает от частицы. (Так отстают от нашего вперед устремленного тела полы плаща, когда мы очень быстро бежим. Отстают и тормозят наше движение. Они нам мешают, вынуждая напрасно тратить энергию и замедлять бег.)

Отстающее поле тормозит частицу. Она теряет энергию. Но ведь эта энергия сосредоточена в самом ее поле. И образно можно сказать, что частица теряет свое поле, теряет порциями — квантами. Она излучает свет! (Это похоже на то, как если бы мы. отрывали на бегу кусками полы плаща, дабы освободиться от этой обузы.) Так за сверхсветовой частицей появляется тот самый световой шлейф, о котором шла речь.

Когда снаряд или реактивный самолет летят со сверхзвуковою скоростью, мы слышим особый характерный свист или вой. Это их «звуковой шлейф». «Именно поэтому, — сказал Игорь Евгеньевич Тамм в своей нобелевской речи в Стокгольме, — выяснив совершенно аналогичный механизм излучения Вавилова — Черенкова… мы-стали называть это явление «поющими электронами».

Там же, в Стокгольме, через двадцать с лишним лет после создания теории «поющих электронов», Игорь Евгеньевич сделал интересное признание, которое должно прозвучать для нас как утешение в нашей непонятливости. Оказывается, когда математически все уже было сделано почти до конца и верные формулы уже прочно обосновались на бумаге, ни он, ни Илья Михайлович Франк еще не могли примириться с мыслью, что электроны движутся сквозь среду быстрее света. «Как это возможно?» — спрашивали они друг друга и придумывали разные способы, «которые для нас самих сегодня уже непостижимы», — сказал Тамм в Стокгольме, — разные способы избавиться от противоречия с теорией относительности. Только на следующий день после первого их доклада о «поющих электронах» на семинаре в Физическом институте академии они «внезапно узрели простую истину», что противоречие с Эйнштейном тут совершенно мнимое: для электронов запрещена скорость света в пустоте, только в пустоте, а не в среде!

Вы видите цену подробностей; все новые и новые подробности… Поневоле вспоминается бесконечная чаплиновская макаронина, с которой невозможно справиться.

Как же быть с подробностями? Поддаваться соблазну? Тонуть? Нет, зарок был уместен. И если сейчас придется его снова нарушить, то лишь потому, что надо все-таки досказать, как определяют физики энергию космических частиц, как они узнают их скорость и массу.

9

Туманный след в камере Вильсона — это история энергетического расточительства частицы. Если она останавливается и след ее обрывается, значит она дошла до полной нищеты. Так по длине и массивности тоннеля из тумана можно судить, во что обошлось частице путешествие по камере — какова была ее энергия движения в момент появления на сцене.

А если частица не остановилась, но прочертила своим туманным следом все пространство камеры сверху вниз, пронизала дно и ушла из поля зрения ученых, как быть тогда? Ведь она унесла с собою часть нерастраченной энергии и не потрудилась сообщить, какова эта часть. Ясно, что тогда изучение следа ничего не скажет физикам об ее первоначальном богатстве, кроме того, что оно было, очевидно, нешуточным.

Вот теперь можно, наконец, ясно представить себе, какую роль обязаны правильно сыграть частицы, чтобы заслужить право сниматься в мгновенных научных фильмах. Пройдя барьер из счетчиков над туманной камерой, они должны затем щедро растратить всю свою энергию на ионизацию в камере Вильсона — они должны в ней остановиться. А если они этого не сделают и часть своего энергетического богатства утаят, им не удастся самосфотографироваться. Обмануть режиссеров-физиков они не могут это исключено!

Под камерой выложен такой же сплошной барьер из счетчиков Гейгера, как и над нею. Транзитная частица, летящая без остановки, не сумев истратиться в туманной камере до конца, врезается в этот нижний барьер. Там она порождает такой же короткий удар электрического тока, как и в верхнем барьере. А устройство, командующее съемкой придумано так, что этот второй удар тока аннулирует действие первого. Не вспыхивают юпитеры, не расширяется камера, не срабатывают затворы съемочных аппаратов. Частица-обманщица остается неузнанной, промелькнувшей бесследно. Физикам с нею нечего делать.

Из каждой счастливой идеи ученые стремятся извлечь все, что возможно. Камера Вильсона в магнитном поле — это была счастливая идея. Но на Арагаце камера и поле разделены. Все происходит так, как было рассказано, и вместе с тем совсем не так.

Суть в том, что привередливые режиссеры-физики заставляют пожелавшую сниматься частицу сначала продемонстрировать ее импульс, а потом — энергию. Они снимают гостью дважды: сперва в полете через сильное магнитное поле, когда она показывает, как искривляется ее путь, а затем — в полете через туманную камеру, где она показывает, какие энергетические траты ей по плечу.

Все бы хорошо, да только непонятно, как удается физикам фотографировать полет частицы вне камеры Вильсона? Чем отмечает она свой путь до того, как начинает оставлять туманный след? Нетрудно догадаться: ведь еще на подступах к камере частица объявляет о своем прибытии на, Арагац коротким ударом электрического тока в счетчике Гейгера, попавшемся на ее пути. Этот мгновенный ток командует съемкой, но он мог бы выполнять и более простую работу — зажигать маленькую лампочку на щите.

Остальное — простая геометрия. Падая сверху вниз, частица встречает по дороге к туманной камере не один, а несколько сплошных барьеров из счетчиков Гейгера. Это похоже на этажерку: барьер над барьером, как полка над полкой. А в стороне на щите — такие же сплошные горизонтальные ряды крохотных неоновых лампочек: сколько барьеров — столько рядов, сколько счетчиков — столько лампочек. В каждом ряду зажигается та, что получила сигнал от своего счетчика: «Только что меня посетила частица!»

Так на щите — его красиво называют световым табло — возникает неоновый пунктир, как на городской рекламе. Этот пунктир повторяет реальный путь частицы.

А теперь нужно лишь добавить, что этажерка из счетчиков поставлена между полюсами сильного магнита. (Втащить его на Арагац в ту пору, когда дорога кончалась у Бюракана и надежными вездеходами служили только низкорослые ослики, было настоящим подвижничеством.) Магнитное поле превращает путь космической гостьи в дугу окружности — неоновый пунктир на световом табло отражает кривизну этой дуги. Любую окружность можно восстановить по трем точкам. Так, по неоновым точкам физики восстанавливают дугообразную трассу космической частицы в магнитном поле, чтобы узнать ее импульс — ее «количество движения» — произведение массы на скорость.

Проскочив магнитное поле и отметив свой путь вспышками неоновых лампочек, частица врывается в туманную камеру и снова попадает на «этажерку» — теперь это сцена, расслоенная на этажи горизонтальными пластинами из свинца или меди. Зачем здесь нужна многоэтажность, зачем тут помещены пластины?

Вы помните: частица должна остановиться в камере Вильсона, чтобы растратить свою энергию до конца. Пластины помогают ей это сделать: пробиться через миллиметровую толщу свинца стоит частице таких же затрат, как пронизать стометровую толщу воздуха. Не будь пластин, лишь очень слабенькие частицы останавливались бы в туманной камере, остальные прошивали бы ее. насквозь, так и не рассказав физикам о своих энергетических запасах.

Вот мы и подошли к концу лабораторных подробностей, хотя физик сказал бы, что только тут они и начинаются!..

Совершив все, на что обрекли ее исследователи-режиссеры, пройдя, магнитное поле с барьерами счетчиков и остановившись в одной из пластин туманной камеры, частица устало рапортуется правильно сыграла свою роль — честно описала дугу меж магнитных полюсов и честно истратила всю энергию на создание туманного следа, неоновые лампочки еще горят, и след еще не расползся, пожалуйста, снимайте!» И тогда срабатывают затворы съемочных аппаратов: одни аппараты запечатлевают световой пунктир на табло, другие — трассу из тумана в камере Вильсона.

10

Идеи экспериментаторов часто бывают остроумными. Реже обладают они еще и зримой скульптурной отчетливостью. Или графической ясностью. Когда эти черты эксперимента бросаются в глаза, начинаешь думать, что в ученом сидит еще и художник.

Всегда и везде физик требует от своих опытов точности сведений, их однозначности и полноты. Для создания опытной установки современная техника предоставляет в распоряжение ученого массу возможностей — выбирай! Постепенно отпадают варианты ненадежные, дорогостоящие, неосуществимые по каким-нибудь причинам. И все же в конце концов еще остается выбор — можно эдак поставить опыт, а можно так… На чем же остановиться? В этот последний момент, когда все уже взвешено, ученый, наверное, перестает быть только безотказно действующей логической машиной.

В нем просыпается еще и художник. Он вдруг начинает заботиться о таких, бесконтрольных и необязательных вещах, как простота, грация, наглядность и соразмерность… Решительно никто не может с точностью сказать, что это такое? Когда таких качеств нет — в книге ли, в картине, в музыке, в эксперименте, даже в математической формуле, — их отсутствия часто не замечают. Но когда они есть, каждый с радостью чувствует это.

Грация, вероятно, проявляется в минимуме усилий для достижения максимального результата. Примерно так думал Чехов о грации в искусстве. В экспериментах ядерной физики иногда поражает особая грация «экономного чуда» — простота превращения незримого и неслышного в явное и осязаемое. В этом был один из соблазнов рассказывать про Арагац.

Мне хотелось, чтобы и вы, как я, почувствовали не только дух приключений, но и художнический дух в киносъемках на Арагаце. Он там неотразимо присутствует, — поверьте на слово, если вас не убедило рассказанное.

…Годос — по-гречески «путь», скопео — «смотрю». Череда барьеров из счетчиков на пути космической частицы в сочетании со световым табло из неоновых лампочек по праву называется годоскопом — прибором, показывающим путь частицы.

Годоскоп в магнитном поле плюс камера Вильсона — один из вариантов придуманной на Арагаце установки: магнитного масспектрометра Алиханова и Алиханяна. Вариант начала 50-х годов. Это как бы главный съемочный павильон Арагацкой физической киностудии. В его названии отражен весь смысл режиссерской работы тамошних физиков.

Весь смысл! Весь пафос, все надежды, все трудности, вся горечь, все упорство их многолетней работы.

В самом деле, импульс и энергию измеряют на Арагаце не любопытства ради, но с единственной целью — определить возможно точнее массы отдельных частиц. Попутно определяется и скорость как второе неизвестное в системе двух уравнений: импульс — энергия. И к скорости частиц у физиков интерес тоже отнюдь не праздный. Но все-таки скорость — дело второстепенное. Это не постоянное свойство частицы, а только ее богатство, которое можно с равным успехом накопить и потерять. От — скорости природа частиц не зависит: электрон остается электроном, покоится ли он или движется, как человек не становится чем-то другим оттого, что он превращается из пешехода в авиапассажира.

А вот масса покоя частицы — это свойство существенное, постоянное, ненаживное! Так же как электрический заряд, масса покоя определяет саму природу частицы. Или определяется ее природой. Почему это так — физика сегодня объяснить еще не может. Но что это несомненно так, говорит ученым весь опыт изучения микромира, все факты науки.

Разумеется, эта масса покоя относительна, как и сам покой. Остановившись в туманной камере, частица все-таки продолжает лететь вместе с Землей вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Относительно Солнца ее масса покоя иная, чем относительно Земли. Но, измеряя энергию и количество движения частиц в лабораториях, покоящихся на Земле, физики узнают и массу земного покоя пришельцев из космоса.

Частицы сравнивают по их массе, как во времена Менделеева элементы различали по их атомным весам. Конечно, химики изучали и множество других свойств химических элементов и вовсе забывали об атомных весах, когда, скажем, говорили об одних веществах, что они металлы, а о других, что они металлоиды. Так и сегодня — физики уже многое знают про элементарные частицы, а не только величины их масс. Но когда в XIX веке открывали новые элементы, химики прежде всего отвечали на вопрос: «А каков их атомный вес?» В наши дни похожий вопрос начинает терзать физиков, едва возникает надежда, что есть еще неизвестные элементарные частицы материи: «Какова их масса покоя?»

Даже вопрос о заряде частиц отодвигается на второй план, да он и легко разрешим, Главное — «какова их масса покоя?».

Радуга — спектр. В переводе с латыни — «видимое». Основа солнечного спектра в радуге — различие в частоте электромагнитных колебаний световых лучей разного цвета. Так и говорят — «спектр частот». К чему угодно приложимо понятие спектра, лишь бы существовала ясно различимая последовательность величин одного и того же рода: «спектр скоростей», «спектр энергии», «спектр масс».

Когда в начале 40-х годов братья Алиханов и Алиханян начали с большими надеждами свои многолетние исследования состава космических лучей, они, естественно, постарались основать лабораторию в поднебесье — там, где атмосфера еще не настолько разрежена, чтобы трудно было дышать и работать, но где плотность воздуха и его поглотительная способность все же достаточно малы, чтобы на приборы падало гораздо больше космических частиц, чем в земных долинах. И так же естественно они назвали свою экспериментальную установку масспектрометром: их занимал спектр масс в потоке мельчайших пылинок вещества, приходящих на Землю из глубин мирового пространства, и в ливнях других пылинок материи, порожденных в самой земной атмосфере.

И когда мы говорили о «космических гостях», о «пришельцах из космоса», это было не столько точно, сколько красиво: в главном съемочном павильоне на Арагаце может с одинаковым правом самосфотографироваться и частица, действительно пришедшая из далекого далека и вполне земная частица, родившаяся в воздухе или даже в веществе потолка лаборатории. Как это ни странно, но для исследователей «первооснов материи» такие вторичные частицы даже интересней гостей издалека.

Почему? Да потому, что гости издалека — это уже давно — знакомые ученым атомные ядра. В подавляющем большинстве — простейшие водородные ядра, обыкновенные протоны.

Конечно, физикам не сразу стало это известно.

В двадцатых годах думали, что всепроникающие космические частицы — просто очень энергичные фотоны, иначе говоря — гамма-кванты. И только. Их называли даже ультрагамма-фотонами, и кто-то окрестил само космическое излучение ультралучами. Долго бытовало это старое название, в котором так звучно отразилось былое заблуждение исследователей.

Когда оно было опровергнуто, физики стали думать, что из космоса приходят к нам электроны, Но и такое предположение оказалось ошибочным.

До протонов очередь дошла только в сороковых годах. И в том, что ученые окончательно убедились в ядерной природе гостей издалека, была большая заслуга многих наших экспериментаторов-космиков, проводивших исследования в горах и в стратосфере.

Разумеется, космические протоны ничем не отличаются от ядер земного водорода и сами по себе они вряд ли возбудили бы острое любопытство исследователей элементарных частиц. Весь интерес, который питают к ним физики, особенно экспериментаторы, корыстного происхождения: эти протоны, залетающие к нам из космоса, совершенно бесплатно снабжены колоссальной энергией. Расходы на их ускорение взяла на себя вселенная, за что экспериментаторы ей весьма благодарны. Почти световые скорости, — те десятки, сотни, тысячи и даже миллиарды миллиардов электроновольт энергии, какими перегружены пришельцы из мировых глубин, — делают их незаменимыми участниками физических экспериментов, нечаянно проводимых самой природой в воздушном океане. Эти протоны — действительно могучий молот Космоса. Он бьет по веществу нашей атмосферы, покоящейся на Земле-наковальне. И эти удары вызывают бесценные для физиков искры ядерных превращений. И что всего ценнее — превращений самих элементарных частиц.

Вот тут-то исследователи «первооснов материи» и погружаются в область тончайшей алхимии. И знают: здесь их могут подстерегать любые неожиданности. Эти искры, эти вторичные частицы, — по правде говоря, они уже недостойны носить высокое и таинственное звание космических, — рассказывают о мире «первооснов» такие поразитёльные новости, каких никогда не смогли бы сообщить истинно космические, залетные протоны. Рождаясь в результате насильственного вторжения таких протонов в глубинную структуру материи, вторичные частицы выдают секреты этой структуры. И легко понять, почему несколько лет назад академик Д.В. Скобельцын сказал: «Я думаю, что, если проследить за историей физики в последнее время, страница, относящаяся к развитию наших знаний о космических лучах, быть может, окажется одной из наиболее интересных и увлекательных».

На протяжении трех десятилетий вторичные космические лучи щедро рассказывали физикам новость за новостью, одну другой неожиданней. Исследование состава этих лучей и возбудило у наших экспериментаторов надежды на открытие новых элементарных частиц при киносъемках на горе очарований и разочарований.

…Наверное, уже вызывают досаду эти навязчиво красивые, но не разъясненные слова. Почему «очарований»? Почему «разочарований»? Не пора ли, наконец, растолковать, в чем тут дело? Согласен, давно пора. И сейчас все станет ясно само собой. А попутно, может быть, станет ощутимей не только дух приключений (и художнический дух) в изучении «первооснов», но еще и драматизм, сопутствующий научным разысканиям экспериментаторов в невидимом и неслышном мире элементарных частиц.

11

Мне в самом деле верится, что на Арагаце возникнет со временем целый научный городок. Я мысленно вижу обжитые берега Кара-геля: по соседству со старыми лабораториями космиков — новые здания, асфальтовые дорожки, оранжереи, по-северному скудные, но живые сады. Вон биологическая станция и рядом, быть может, станция вулканологов, а дальше — сооружения, воздвигнутые исследователями погоды, физиологами, авианавигаторами, геофизиками, да и мало ли кем еще?.. А в стороне и выше — высокогорная гостиница туристской базы. И над нею, может быть, и вправду светящееся название «Мезон». Почему-то мне совершенно реально видится во тьме неоглядной ночи это неоновое слово, напоминающее об исканиях тех, кто столько сделал для освоения арагацкого поднебесья. (Осенью 1960 года в газетах промелькнуло сообщение, что высоковольтная линия электропередачи уже дошагала до Кара-геля. Значит, замолк движок на горе, и ток пошел наверх из долины! Это начало будущего.)

И вот очень хочется представить себе, что будут отвечать старожилы Арагаца любопытствующим туристам, когда те зададутся естественным вопросом: отчего это кому-то пришло на ум вычертить в здешнем небе неоновыми трубками непонятный научный термин «Мезон»?

— Это целая история… — ответит старожил. — Долго рассказывать…

— А если в общих чертах?

— Ну, разве что в общих чертах…

Пожалуй, старожил улыбнется про себя, он припомнит, как Ильф и Петров в свое время заметили, что на Востоке обязательно рассказывают легенды о несчастных красавицах, которых ревнивые деспоты швыряли в горные озера с прибрежных скал. Возвышенные кочующие легенды для романтического объяснения местных названий… А тут — проза науки, пот, годы однообразного труда, черное озеро без красивых легенд. Но, может быть, старожилу подумается, что всякое время творит свои предания? Что же касается романтичности их, то еще не известно, что предпочтительней.

Как ни бегл будет рассказ старожила, начать ему придется издалека: с возникновения самого слова мезон. Оно появилось в науке о микромире незадолго до войны.

В 1935 году молодой японский теоретик Хидэки Юкава, как очень многие теоретики в ту пору, был поглощен размышлениями над природой ядерных сил. Всего тремя годами раньше было надежно установлено, что атомные ядра построены из протонов и нейтронов — одинаково массивных частиц, почти в две тысячи раз более тяжелых, чем электроны. Но оставалось совершенно непонятным, какими силами удерживаются эти частицы вместе, образуя ни с чем не сравнимую по прочности упаковку атомных ядер.

Может быть, все объясняется силами тяготения? Нет, они слишком малы. Надобно число с 38 нулями, чтобы показать, во сколько раз эти силы слабее тех, что связывают протоны и нейтроны в ядрах.

Может быть, все объясняется электромагнитными силами? Нет, это явная нелепость: все протоны одинаково заряжены и не притягиваются взаимно, а отталкиваются друг от друга. У нейтронов же вообще нет электрического заряда: они нейтральны. Правда, ядерные частицы обоих видов — крошечные магнитики, но и силы магнитного притяжения в 100 раз слабее тех, с какими столкнулись физики, когда захотели разрушить связи протонов и нейтронов в ядре.

Стало ясно: существуют какие-то особые силы ядерного взаимодействия. Их особенность прежде всего в том, что они огромны по сравнению со всем, что было прежде известно физикам, но действуют на очень маленьких расстояниях — таких ничтожных, что они, эти силы, совсем иссякают в ближайших окрестностях ядер. Юкава размышлял над вопросом: как же осуществляются взаимодействия ядерных частиц?

Но еще годом раньше этот вопрос заставил подолгу засиживаться за рабочим столом московского теоретика Игоря Евгеньевича Тамма. Его живая мысль, такая же легкая на подъем, как и он сам, известный альпинист и путешественник, всегда влекла его туда, где еще мало кто хаживал и где торных дорог еще никто не нашел.

Едва в 1932 году был открыт нейтрон, как И. Е. Тамм понял, что наконец-то открыта частица, которая вместе с протоном создает все атомные ядра. Это же понял и другой наш физик, Д. Д. Иваненко. Скоро стало известно, что нейтрон не очень живуч: он превращается в протон, электрон и ту третью крошечную частичку, которую «выдумал» Вольфганг Паули для объяснения бета-распада и которую Энрико Ферми нежно назвал нейтрончиком, нейтрино. Эти новые сведения, пришедшие от экспериментаторов, заставили теоретика Тамма подумать: «А не возникают ли могучие непонятные ядерные силы оттого, что между ядерными частицами все время происходит обмен электронами и нейтрино?»

Идея такого странного взаимодействия была новой и неожиданной. Тамм принялся считать. (Теоретики обязательно набрасывают математические портреты своих физических идей мало кому доступными закорючками на бумаге — они «абстракционисты поневоле».) Взаимодействие с помощью обмена электронами и нейтрино получалось сильным. Но все таки недостаточно сильным!

Однако трасса нового пути была проложена.

Через год идеи московского теоретика откликнулись громким эхом на японских «островах. Хидэки Юкава пошел вслед за Таммом. Ход его мысли был прост. «Да, очевидно, Тамм прав — необычайные ядерные силы возникают благодаря необычному механизму, но столь же очевидно, что протоны и нейтроны обмениваются и связываются какими-то другими частицами, а не электронами и нейтрино». Двадцативосьмилетний японский теоретик рассуждал как сын своего века, когда стал искать нужные для теории частицы. Он вспомнил Эйнштейна, который тридцать лет назад первым принял всерьез кванты Планка — поверил в их физическую реальность.

Юкава представил себе, что протоны и нейтроны окружены неизвестным силовым полем точно так же, как движущиеся заряды окружены полем электромагнитных сил. Конечно, эти ядерные поля своеобразны — могучи и как бы «резко ограничены» в пространстве. Но почему бы не допустить, что и на них распространяются квантовые представления Эйнштейна?

Фотоны — кванты энергии электромагнитного поля. Иными словами, порции материи этих полей. Наверное, и ядерная энергия существует в виде порций — квантов ядерного силового поля, в виде микрокентавров, которых можно было бы назвать «ядронами». И, как фотоны, эти кванты тоже совершенно реальны. Вот и все! Они-то, вероятно, и есть те частицы, которыми перебрасываются и связываются протоны и нейтроны. Этими ядерными квантами надо заменить в схеме Тамма слишком «слабые» электрон и нейтрино.

Каковыми же должны быть такие частицы?

Юкава, разумеется, тоже начал считать.

И вот получилось, что кванты ядерных полей в отличие от фотонов должны обладать реальной — не нулевой — массой покоя. Другими словами, они не могут двигаться со скоростью света. Юкава так и назвал их — «тяжелые фотоны», И, кроме того, они должны быть очень недолговечны, — должны, очевидно, распадаться на те самые электрон и нейтрино, о которых думал Тамм. Для среднего времени жизни этих неведомых частиц у Юкавы получилась величина порядка миллионной доли секунды (10-6). А для массы покоя — величина в 200–300 раз большая, чем масса электрона. И, наконец, у них есть заряд — плюс или минус.

Портрет неизвестной частицы был начертан, оставалось «узнать ее в лицо»: открыть среди обитателей микромира.

В то время, в середине тридцатых годов, список элементарных частиц был еще очень короток. Три частицы, создающие все атомы: электрон, протон, нейтрон. Частицы, представляющие энергию-массу света: фотоны. И еще позитроны: положительно заряженные близнецы электронов, в паре с которыми они рождаются, когда гибнет достаточно большой по своей массивности фотон. (Помните, нас беспокоил вопрос, что происходит с фотоном, когда он под угрозой гибели тормозится? Вот это и происходит в подходящих условиях: он порождает новые частицы.) Существование нейтрино еще нуждалось в лабораторном доказательстве.

Такова была добыча экспериментаторов и теоретиков за сорок лет пристального изучения микромира и его обитателей — пять открытых элементарных частиц и одна проблематическая! К нынешним дням этот список вырос более чем в пять раз. Так, может быть, образ рога изобилия, встретившийся нам в самом начале книги, был не таким уж страшным преувеличением?

Но всего интересней, что тогда, в 1935 году, физики еще не знали ни одной частицы, промежуточной по массе между легоньким электроном и тяжелым протоном. Казалось, природа и не позаботилась заполнить эту зияющую брешь. Казалось, что для создания всего разнообразия мира ей и не нужны были никакие другие частицы, кроме уже известных.

Юкава предсказал: есть элементарные частицы тяжелее электрона и легче протона, наделенные удивительным свойством краткости своего бытия.

Кстати, так ли удивительно это свойство? Стоит заговорить о мире элементарных частиц тем языком, каким люди говорят о мире живых существ, и эта краткость жизни ядерных квантов покажется вполне оправданной. Ведь если они есть в природе, то понадобились ей лишь для того, чтобы могли осуществляться могучие ядерные взаимодействия. А эти взаимодействия происходят на таких малых расстояниях, что у квантов ядерного поля нет прямой нужды далеко путешествовать, а следовательно, и долго жить. (Только, пожалуйста, не воспринимайте это как строгое научное объяснение краткости бытия частиц, предсказанных Юкавой. Это замечание между делом, для наглядности, для того, чтобы хоть на ощупь ориентироваться во тьме непонятностей природы.)

Хидэки Юкава предсказал еще, что его частицы должны появляться во вторичных космических лучах: когда первичные наносят мощные удары по земной атмосфере, атомные ядра в молекулах воздуха могут испытывать внутренние превращения и «выплескивать» в пространство энергию своих ядерных полей. Брызги этой энергии — ядерные кванты. Двигаясь с громадными скоростями, они могут успеть, несмотря на краткость жизни, пролететь до распада немалые расстояния. Значит, их можно поймать.

Прошло два года. Однажды американский физик Андерсон, — работавший со своим сотрудником Неддермайером, увидел на фотоснимке туманный след, прочерченный в камере Вильсона необычной частицей. Почуяв эту необычность, он решил провести детальные измерения и подсчеты. Кривизна, длина и массивность следа свидетельствовали, что на сей раз тоннель из тумана проложил строитель-тяжеловес, по сравнению с электроном, и строитель-легковес, по сравнению с протоном. Его масса была примерно в 200 раз больше электронной и примерно в девять раз меньше протонной.

По извечной традиции ученых — отыскивать в мертвых языках классической древности корни для научных терминов, Андерсон дал новой частице греческое имя: «мезотрон», или «мезон» (от слова «мезос». — промежуточный, средний, ибо такова была масса обнаруженной частицы).

Потом вспомнили, что еще в 1933 году немецкий экспериментатор Кунце опубликовал фотографию непонятного следа в точности того же типа, что и след андерсоновского мезона. Но тогда на нее не обратили никакого внимания, подумали: «Наверное, просто ошибка опыта…» А все потому, что не ждали! Сам автор несостоявшегося открытия не ждал в ту пору, что какие-то еще неизвестные элементарные частицы могут поведать ему о своем существовании. Повторилось то же, что незадолго до того случилось с позитроном. Его открыл в 1932 году все тот же счастливый мастер эксперимента Карл Дэвид Андерсон. Но впервые след позитрона наблюдал еще в конце двадцатых годов Дмитрий Владимирович Скобельцын. Экспериментатор столь же высокого класса, он, однако, не ждал этого следа и не поверил в него…

Скоро масса покоя андерсоновского мезона была установлена с большою точностью: около 207 электронных масс. И, конечно, оказался он неустойчивым. Время его жизни было хорошо измерено: около двух миллионных долей секунды (2·10-6). И обнаружились мезоны обоих зарядов: отрицательные, как электрон, и положительные, как позитрон. И, наконец, космические лучи действительно обернулись настоящим природным заповедником мезонов.

Это был, между прочим, интереснейший факт. В нем неожиданно нашла яркое подтверждение теория относительности. Приятно сознавать, что после предыдущих глав мы уже можем по достоинству оценить происшедшее. А произошло вот что…

Физики убедились: мезоны рождаются при ядерных превращениях на довольно большой высоте — где-то в стратосфере. Тем не менее эти мезоны успевают, не распавшись, долететь до самой Земли. Их регистрировали в камерах Вильсона на уровне моря и даже глубоко под водой. Как это возможно, если время их жизни — две миллионных секунды? Конечно, летят они с колоссальными скоростями. Их энергия громадна. Оттого они и способны беспрепятственно пронизывать внушительные толщи вещества. Но все-таки, как бы ни была велика скорость мезонов, она меньше скорости света: у них есть масса покоя. А свет за две миллионных секунды проходит всего 600 метров. Вот и получается, что даже самые быстрые мезоны, родившись в стратосфере, там же должны были бы и распасться, успев приблизиться к Земле всего на каких-нибудь полкилометра. Между тем они умудряются проделать путь в 5," 10, 15 километров и. только потом гибнут. Что ж это значит?

Только то, что они — релятивистские частицы, и ньютоновой механики для них мало: надо привлечь к делу законы Эйнштейна.

Стоит спросить: а по каким часам было измерено время жизни мезонов? Вы ведь понимаете, это крайне важно! Часы на быстром мезоне идут гораздо медленнее, чем на Земле, относительно которой летит он с гигантской скоростью. Время на релятивистском мезоне течет, как на космическом корабле с воображаемым фотонным двигателем: «мезонный год» может равняться десяти «земным годам» — двадцати, тридцати или многим, нашим векам. Все зависит от скорости мезона по отношению к Земле, от того, насколько эта скорость близка к световой.

Но фотонный корабль — пока фантазия, а мезоны Андерсона — реальность, ежеминутная реальность для физиков-космиков. Так из-за своего удивительного свойства — быстротечности жизни — мезон позволил экспериментаторам узнать судьбу будущих астронавтов. Возникла возможность на опыте убедиться, что их ждет нескончаемая молодость, покупаемая ценою утраты земного времени: та космическая печаль, о которой уже было рассказано.

2·10-6 секунды — собственное время жизни мезонов. Физики ухитрились его измерить непосредственно с помощью все тех же туманных фотографий. Экспериментаторы проследили, как останавливается очень медленный мезон и, потом распадается с опусканием быстрого электрона и нейтрино, которым он завещает свою энергию-массу. Две миллионных секунды —» это время жизни мезона по «мезонным часам».

Когда летит чудовищно быстрый мезон, на земных лабораторных часах успевает за одну миллионную «мезонной секунды» пройти 10, 20, 30 или еще больше миллионных долей секунды земной! А мы измеряем скорость мезона в земных километрах и земных секундах. Оттого-то, родившись в стратосфере, мезон, несмотря на краткость своей жизни, умудряется пролететь не полкилометра, а в 10, 20, 30 раз большее расстояние — 5 земных километров, 10, 15… И туманные камеры гостеприимно встречают его даже на дне воздушного океана — на уровне моря. И уж тем более на уровне арагацких вершин, откуда ближе до неба на целых три километра.

Хидэки Юкава мог радоваться: все его предсказания сбылись. Какое торжество теоретического предвидения! И все было бы в самом деле хорошо, ясно и просто, если бы… Если бы мезоны, открытые Андерсоном, действительно были бы мезонами, предсказанными Юкавой. Но замысловаты пути исследования невидимого и неслышного.

…Вот из какого далекого далека начнет, вероятно, старожил Арагаца свой рассказ о неоновой рекламе над Кара-гелем. Любопытствующий турист, пожалуй, потеряет терпение.

— Знаете, старые легенды о потонувших красавицах, честное слово, были короче и понятней.

(Думаю, он остережется добавить: «и интересней».) А старожил усмехнется:

— Я предупреждал: это целая история.

И, может быть, потому, что усмешка выйдет у него не очень уж радостная, недоумевающий турист все-таки попросит продолжать, но только с обычной туристской нетерпеливостью заранее осведомится:

— Так в честь какого мезона горит у вас этот неон — в честь открытого Андерсоном или в честь предсказанного Юкавой?

— Ни то и ни другое. Эта надпись сделана в честь надежд и упорства. Дело было так…

— В общих чертах, конечно? — вежливо намекнет турист.

— Не бойтесь, в самых общих.

12

Теперь представьте себе, как в начале сороковых годов выглядел, по мнению физиков, мир элементарных частиц. Его население увеличилось еще на пару близнецов, очень напоминавших электрон-позитрон: это были два мезона — положительный и отрицательный.

Все физики безоговорочно признавали, что найдены именно ядерные кванты Юкавы. А ведь только этих квантов и недоставало «для полноты картины» — для объяснения взаимодействия частиц в атомных ядрах. Снова стало казаться, что все обитатели микромира уже открыты и нет особых причин ожидать появления каких-нибудь новых гостей.

Конечно, не стоит думать, будто то была железная уверенность. Нет, никто не взялся бы доказывать это во всеуслышание. Еще не существовало, как, впрочем, и сегодня еще не существует, общей теории элементарных частиц. Не было и пока еще нет такой теории, которая могла бы заранее обнадежить экспериментаторов в их исканиях или, наоборот, «могла бы предупредить их: «Не тратьте силы попусту, никаких новых частиц в запасе у природы нет!»

И вдруг случилось так, что захватывающее душу предчувствие небывалых перспектив — предчувствие, способное вдохновить ученых на многолетний подвиг труда и терпения, — охватило целую группу наших физиков-космиков во главе с талантливыми братьями Алихановым и Алиханяном.

У них уже были за плечами долгие годы работы в знаменитом Ленинградском физико-техническом институте академика Иоффе, где начали свой путь десятки известнейших наших исследователей: Александров, Арцимович, Капица, Кикоин, Курдюмов, Семенов, Скобельцын, Харитон, Шальников… (У этого перечня нет конца!)

Нельзя не вспомнить, что к этой когорте принадлежал и безвременно ушедший от нас на пятьдесят восьмом году жизни академик Игорь Васильевич Курчатов (1902–1960). Когда на предыдущих страницах в разговоре о «подробностях науки» шла речь о нейтронных опытах Энрико Ферми, можно было там же рассказать, как в ту же пору, в 1934 году, взялся за нейтронную бомбардировку атомных ядер и молодой ленинградский физик Игорь Курчатов. Я не сделал этого только потому, что попытка передать здесь суть его научных исканий увела бы нас в дебри ядерной физики. Но к слову уж хочется сказать, что с тех пор нейтроны и атомное ядро стали его пожизненной научной страстью. И не случайно в те же сороковые годы, к которым относится этот «мезонный рассказ», Игорь Васильевич Курчатов сделался главою наших атомников — великим организатором нашей атомной науки и атомной индустрии. Со временем его жизнь и деятельность станут темой волнующего повествования о суровых путях, надеждах и свершениях атомного века…

Но вернемся на Арагац. Братья Алиханов и Алиханян были из той же ленинградской когорты. И в 30-х годах они порознь и вместе немало поработали над изучением ряда трудных атомно-ядерных проблем. И космические лучи уже были к началу сороковых годов их добрыми знакомцами.

В конце 1940 года внимание старшего из братьев, Абрама Исааковича Алиханова, привлекла одна загадочная несообразность в опытных данных о поведении космических лучей. Наверное, это явное излишество — растолковывать, что там смущало ученых. Но, понимаете ли, в том смущении, — а смущение не принадлежит к числу сильных человеческих переживаний, — дремала буря. Короткая буря в физике и долгая буря в человеческих сердцах. Придется растолковывать.

Речь шла о знакомом нам свойстве космических частиц превращать встречные атомы в ионы, о той способности, которой обладают только заряженные частицы. К 1940 году во вторичных космических лучах были известны две пары таких частиц-близнецов: электрон-позитрон и два мезона.

Еще прежде физики стали разделять вторичные лучи на мягкие и жесткие. Деление было совершенно условным, но; очень ярким: ставили десятисантидоетровую пластину свинца и прослеживали судьбу падающих частиц — одни пронизывали ее насквозь (их назвали жесткими), другие застревали в свинце (их назвали мягкими). Тут наглядно обнаруживалась громадная разница в энергиях мягких и жестких лучей. Скоро было доказано, что мягкие — это первая пара близнецов, электроны и позитроны, а жесткие — вторая пара, мезоны. Это для них, более массивных и потому, при тех же примерно скоростях, более энергичных, прозрачен даже толстый брусок свинца.

Но над чем же задумался Алиханов? Суть в том, что измерения несколько портили эту ясную картину состава мягких и жестких лучей: мягкие нарабатывали явно больше ионов в веществе, чем это им полагалось бы делать, если б они действительно состояли только из электронов и позитронов. На ученом языке эта несообразность называлась «аномальным поведением мягкой компоненты».

Любая аномалия для исследователей — неприятность и счастье. Неприятность потому, что неизвестно, в чем дело. И счастье тоже потому, что неизвестно — в чем дело?

Алиханов высказал естественнейшее предположение: а нет ли в мягких лучах малой примеси медленных тяжелых протонов, которые способны на своем пути покалечить гораздо больше атомов (помните придуманный Пьером Оже военизированный образ для процесса ионизации), чем релятивистские быстрые электроны? Если такая примесь есть, несообразность исчезнет.

О происхождении этих медленных протонов тогда еще ничего нельзя было сказать. Однако Алиханов уже догадывался, что это, наверное, прежде всего уроженцы земной атмосферы — обломки атомных ядер, разрушенных бомбардировкой первичных лучей.

Младший брат, Артемий Исаакович Алиханян, выдвинул предположение, что медленных протонов в мягкой компонент те много, а не мало, но каждый из них — менее сильный ионизатор, чем думается Алиханову.

Словом, как всегда, вокруг неизвестного сразу же возник спор. И, как всегда, решить его мог только эксперимент. Да и саму аномалию надо было еще детально изучить.

Вот так негромко началась арагацкая буря.

Она началась уже в годы, когда шторм Великой Отечественной войны шумел над страной. И начало, в самом деле, было легендарным (о нем-то и не имел представления молодой шофер в ослепительном зеленоватом пиджаке). В 1942 году, вернувшийся с флотской службы после решения одной военно-технической задачи, измученный эвакуационным полу-бездельем в Казани, где собралось много физиков, которых не брали в армию, заручившийся поддержкой академиков Иоффе и Капицы, Алиханян решил снарядить первую экспедиционную вылазку на Арагац.

Тогдашний руководитель Армянского филиала академии Иосиф Абгарович Орбели недаром назвал ту экспедицию «военно-космической»! Этим было сказано все. А физики тогда говорили о себе весело-невесело: «Мы оттого физики, что люди физического труда». Впрочем, полушуткой-полуправдой это оставалось на протяжении многих лет: арагацкие экспериментаторы походили на ранних мореплавателей-землепроходцев: они сами строили для себя корабли…

К концу войны всеми умами на Арагаце владели слова — «третья компонента». Многочисленные измерения позволили Алиханову и Алиханяну дать ожидаемое объяснение непонятной аномалии. Они доказали: в космических лучах есть третья компонента, кроме мягкой и жесткой. И это действительно протоны, главным образом — протоны. Вскоре выяснилось, что в споре между братьями правда была на стороне младшего: протонов оказалось сравнительно много.

Можно ли не понять возбуждения, охватившего физиков на Арагаце? Они получили серьезное указание на то, что в космических лучах громадную роль должны играть ядерные процессы. Между тем в ту пору многие физики были убеждены и доказывали это в своих работах), что протонов в космическом излучении нет вообще. Другие полагали, что примесь протонов — нечто второстепенное, крайне малосущественное, «только подковка к лошади», как выразился по этому поводу Алиханян. А будущее довольно скоро показало, что космические протоны — «сама лошадь».

Ради исследования открывшейся им третьей компоненты стали арагацкие физики людьми физического труда, ради этого втаскивали они туда лабораторное оборудование для магнитного анализа, ради этого начали по-городскому обживаться на дикой горе. Работа шла. И настала пора, когда физики на Арагаце почувствовали себя в преддверии нового, несравненно более значительного открытия.

Спектр масс экспериментаторы изображают волнистой кривой на миллиметровке. Она получается волнистой оттого, что частицы одних масс существуют и обнаруживаются в эксперименте, а частицы других масс не существуют и не обнаруживаются. Когда частицы есть, над соответствующим значением массы прорисовывается пик. Когда частиц нет, на Кривой появляется провал. Спектр масс космических частиц весь в пиках и провалах. Какую кривую ожидали увидеть арагацкие физики в результате своих исследований? Они уже знали: не считая электронов, на ней обозначатся два пика — мезонный и протонный. А между ними — провал. И вот, к своему величайшему изумлению, физики увидели, что это не совсем так!

В провале между пиком мезонов (масса около 200) и пиком протонов (масса около 2 000) прорисовались бугры. (Так можно увидеть цепь холмов между двух горных вершин.) Это была волнующая неожиданность. Откуда взялись эти горбики в спектре масс? Не означают ли они, что в космических лучах нет-нет да и появляются еще никем не наблюдавшиеся, неизвестные элементарные частицы? Вообразите, какие чувства теперь должны были охватить физиков на Арагаце!

Тут напрашиваются очевидные сравнения: так, — наверное, чувствовали себя мореплаватели в океане, когда появление птичьих стай намекало им — где-то впереди лежит, быть может, близкий незнаемый берег; такие чувства, наверное испытывали геологи, когда скопления красных кристалликов пиропа на дне старательского лотка вселяли в них веру — где-то неподалеку лежит, быть может, алмазная трубка. Только для верности масштаба надо еще представить себе, что «незнаемый берег» — новый материк, а «алмазная трубка» — новый Трансвааль… Как это пишется в таких случаях: «и вот корабли развернули все паруса», или «теперь геологи шли не останавливаясь». Но, думая о физиках на Арагаце, лучше вспомнить слова Резерфорда: «Гейгер работал, как раб».

Так работали теперь на Арагаце.

Так стал он горой очарований.

В 1946 году впервые прозвучало на берегу Кара-геля новое слово во множественном числе — варитроны. В единственном оно и не могло бы возникнуть, потому что призвано было отразить разнообразие — многовариантность — масс неустойчивых неизвестных частиц, упрямо дававших горбики между мезонным и протонным пиками. Физики еще не могли «узнать в лицо» каждую из новых возможных частиц, но тогдашние измерения на масспектрометре вселили в них уверенность, что они имеют дело с прежде неведомыми обитателями микромира.

Сколько же таких неведомых обитателей есть в запасе у природы? Уже сама мысль, что они есть, что нет зияющего провала между мезонами и протонами, сама эта мысль имела громадное этапное значение для познания «первооснов». Но сколько их, еще неизвестных частиц?

Был соблазн рассматривать каждый холмик на спектральной кривой как верный признак существования частицы с соответствующей массой. Для этого только надо было быть совершенно уверенным, что ни в свойствах измеряющей установки, ни в свойствах приходящих частиц нет ничего, способного создавать обманные холмики — своеобразный мираж.

…Прерывая воображаемый рассказ старожила, хочется несколько слов сказать от себя.

В те годы мне не случилось бывать на Арагаце, и я еще не был знаком с Артемием Исааковичем Алиханяном, возглавлявшим лабораторию на горе. И не знаю, что переживал он тогда вместе со своими сотрудниками. Кажется, ничего не могло быть проще, чем расспросить об этом Алиханяна много лет спустя после отшумевшей бури. Однако я на это так ни разу и не решился. Все останавливала мысль: не покажется ли такое любопытство ничем не оправданным «влезанием в душу»? Но почему-то мне представляется, что в те недели и месяцы счастливого переживания неслыханной научной удачи бывали у Алиханяна часы внезапных сомнений. Внезапных и безотчетных: другому их не объяснить и разумными доводами от них не избавиться. (Вдруг мрачнеет человек, ходит притихший и неразговорчивый, потом взрывается от чужого неосторожного слова, и никто не понимает, что случилось, «какая муха его укусила». А ничего не случилось! Просто человек думает.) Все мне почему-то представляется во тьме алиханяновской комнаты на Арагаце красный тревожный огонек несчетной ночной папиросы…

Поначалу на спектральной кривой прорисовывалось столько неожиданных холмиков, что в пору было подумать, будто в мире элементарных частиц существует просто непрерывный спектр масс — возможны чуть ли не любые массы. И один выдающийся физик даже высказывал такую мысль. Хотя она была мимолетна, о ней стоит здесь вспомнить, чтобы ясно стало, какой громкий отзвук породили в науке события на Арагаце. В дискуссиях сталкивались страсти сторонников и противников варитронов. О новых частицах (в одном варианте их было 15, в другом — около 20) восторженно рассказывали популярные очерки, их открытие многозначительно трактовали поспешные философские статьи. Конечно, авторы и тех и других были искренни и ни в чем не повинны.

А на Арагаце продолжали работать…

Экспериментаторы проверяли и перепроверяли показания своей установки. Они накапливали, как принято говорить, громадную статистику. «В результате трехлетней работы, — писали в 1949 году два сотрудника Арагацкой лаборатории, — удалось зафиксировать и обработать траектории около 500 000 частиц».

Полмиллиона кинокадров со световым пунктиром точек на неоновом табло… Полмиллиона наблюдений и расчетов… Это были неотступные поиски «правды эксперимента».

Их итог не оставался неизменным.

Физики совершенствовали свой метод получения спектра масс — свою оригинальную, еще нигде и никем не испытанную установку. Тогда в ней не было туманной камеры, и экспериментаторы не могли непосредственно наблюдать след прилетевшей частицы, характер ее остановки, зрелище ее распада, когда распад имел место. Туманную камеру заменял в ту пору «слоеный пирог» из пластин свинца и сплошных рядов гейгеровских счетчиков. Счетчики сигнализировали, в каком слое застряла частица, и по этим сигналам физики судили, сколько пластин ей удалось пронизать — каково было ее энергетическое богатство. Экспериментаторы непрерывно улучшали структуру «слоеного пирога», чтобы освободиться от миражей, которые мог порождать прибор, И по мере возрастания точности измерений менялись очертания холмистой долины между пиком мезонов и пиком протонов на спектральной кривой.

Иные холмики сгладились. Иные, близко соседствовавшие друг с другом, слились в один. Варитронное изобилие разных масс в самом деле оказалось миражем, и физики на Арагаце сами развеяли его.

Но все-таки долина не стала ровной! После огромного экспериментального труда, после удаления из спектра масс всего, что оптики-спектроскописты называют «спектральными духами», физики увидели три неустранимых холма — признаки вероятного существования трех типов частиц тяжелее мезона и легче протона.

Арагацкие измерения дали для этих частиц значения масс. — около 300, около 500 и около 1 000 (если массу электрона принять за единицу). Таков был экспериментальный итог варитронной эпопеи, полученный к началу 50-х годов.

А тем временем в науке об элементарных частицах произошли события исторической важности. В них нашли свое отражение и события на Арагаце. Но и то, что случилось, в свой черед, бросило новый свет на эпопею варитронов.

Надо продолжить прерванное — рассказ о мезонах Юкавы и мезонах Андерсона.

13

В течение целого десятилетия (1937–1947) физики всего мира были вполне уверены, что американский экспериментатор открыл частицы, предсказанные японским теоретиком. Совпадение свойств было удивительным: и у тех и у других масса — около 200, а время жизни — миллионные доли секунды. Однако одно обстоятельство все же беспокоило физиков.

Откуда бралась у андерсоновских мезонов их громадная проникающая способность? Ведь если они действительно кванты ядерного поля, то им надлежало бы активно взаимодействовать с атомными ядрами и путь через вещество не был бы для них беззаботной прогулкой. Ядерная активность — прирожденное свойство, главная особенность ядерных квантов. Ради этого и «придумал» Юкава свои мезоны. И если Андерсон именно их и открыл, то почему же частицы американца пронизывают даже толщу плотного свинца с таким независимым видом, точно у них нет никаких родственных связей со встречными ядрами?

Несмотря на очевидную необъяснимость такого поведения открытых мезонов, кажется, никто не ставил под сомнение их ядерную природу и никто всерьез не искал других — настоящих — квантов Юкавы. Только в 1947 году десятилетний самообман экспериментаторов и теоретиков начал рассеиваться. Итальянские физики Конверси, Панчини и Пиччиони строго доказали то, о чем все догадывались: мезоны Андерсона настолько ядерно-неактивны, что не могут быть квантами ядерных полей — «тяжелыми фотонами» Юкавы.

В том же году английские физики Пауэлл и Оккиалини наткнулись на новую частицу с промежуточной массой и еще более коротким временем жизни. Они открыли новый мезон с массой около 300, живущий примерно одну стомиллионную дольку секунды.

Бросается в глаза, что это открытие сделано было тогда, когда недавно возникшая идея варитронов казалась еще такой многообещающей! Физики в ту пору были всюду психологически подготовлены к любым новостям и отважно доверялись неожиданным намекам на существование новых частиц. Так атмосфера смелости, спускавшаяся с вершин Арагаца, несомненно, сослужила физике добрую службу.

Сесиль Фрэнк Пауэлл работал в Бристоле совсем другим методом — тем методом, который начал в 30-х годах разрабатывать ленинградский экспериментатор Л. Мысовский: он заставлял космические лучи сниматься в толстослойной фотопластинке. В фотоэмульсии прилетевшие частицы оставляют зримые следы, там виден и характер остановки частицы и открывается зрелище ее распада. Когда Пауэлл увидел однажды необычайный след и необычный распад, он сразу поверил в возможное открытие. И оказался прав.

Так в 1947 году появились в микрофизике новые близнецы-мезоны — положительный и отрицательный мезоны Пауэлла. (Через три года к ним присоединился третий близнец — нейтральный мезон примерно той же массы. Хотя близнецы должны рождаться в один и тот же день, история открытия «первооснов» постоянно нарушает это человеческое правило: близнец электрона — позитрон — был открыт физиками только через тридцать пять лет после своего брата.)

Прошло (некоторое время, прежде чем физикам стало окончательно ясно, что именно мезоны Пауэлла — это и есть предсказанные Юкавой ядерные кванты. Мезоны англичанина вели себя так, как и подобало ядерно-активным частицам. А разница в массах (у Юкавы — 200, у Пауэлла — 300), как и расхождение во времени жизни (у Юкавы — миллионные доли секунды, у Пауэлла — стомиллионные) свидетельствовала о том, что и без того уже было известно: теория японского физика являлась, конечно, приближенной.

Дабы отличить друг от друга два типа частиц промежуточной массы, старые мезоны Андерсона были названы мю-мезонами, а новые мезоны Пауэлла — пи-мезонами. Или проще — мюонами и пионами.

Прояснилось, что эти пи-мезоны рождаются в высоких слоях атмосферы, когда ее бомбардируют космические протоны. Прокоротав свою быстротечную жизнь, они распадаются на мю-мезоны и нейтрино. А затем мю-мезоны, в свою очередь, исчезают, рождая электроны и все те же спасительные для законов сохранения импульса, энергии, заряда симпатичные и неуловимые нейтрино. А электроны и нейтрино существуют уже бессрочно — самопроизвольный распад на какие-то новые частицы им не грозит. Во всяком случае, сегодня физики в этом совершенно уверены.

У экспериментаторов на Арагаце создалось «личное отношение» к пи-мезонам, окрашенное в недобрые тона. Они увидели в этих частицах существенных виновников варитронных миражей на спектральной кривой.

— Тогда никому еще не были известны свойства таких частиц. И прежде всего — их ядерная активность. А ведь это они, кроме всего прочего, могли создавать обманные видения холмиков и холмов… Вот счетчики сообщили нам, что некая частица остановилась в пятом слое свинцового пирога. Внося всяческие поправки, чтобы оборониться от любых подвохов, мы составляли суждение об ее энергии. Оно выглядело вполне надежным. Но представьте, что это был пи-мезон! Теперь-то ясно: он мог остановиться вовсе не потому, что постепенно иссякли его ресурсы на полет через вещество — на ионизацию встречных атомов. Он мог внезапно затормозиться и застрять из-за взаимодействия с каким-нибудь атомным ядром. Ушедшая на такое взаимодействие часть энергии его движения могла остаться нам неизвестной. Вычисление массы прилетевшей частицы становилось непредвиденно ошибочным. Из-за своей ядерной активности эти проклятые пи-мезоны способны были притворяться частицами любых масс!

Так вспоминают недавнее прошлое на Арагаце. И в этом объяснении варитронного нашествия частиц, породившего бурю в атомной физике и в человеческих сердцах, есть одна действительно драматическая черта.

Казалось бы, арагацкие экспериментаторы первыми, несмотря на ограниченные возможности их начальной установки, заметили и наблюдали новое явление природы — существование в микромире прежде неведомых обитателей. Казалось бы, именно они могли удостоиться высокой чести и радости быть первооткрывателями новых мезонов. Но, стоя на пороге этого выдающегося открытия, они не смогли первыми ступить за порог: порожденные пи-мезонами миражи помешали им открыть само семейство пи-мезонов.

А к тому времени, когда на очищенной от «духов» спектральной кривой они увидели совершенно надежный холм над значениями массы около 300, дело было уже сделано другими методами в других лабораториях: этот холм подтвердил уже состоявшееся открытие. Он только еще раз позволил арагацким физикам укрепиться в мысли, что первое указание на существование новых мезонов все-таки в свое время получили они.

…Старожил приостановится и взглянет на любопытствующего туриста:

— Как видите, длинноватая легенда. И не только об утонувших красавицах-варитронах.

— Да, все это интересно, — скажет турист, — но вы забыли о двух других холмах, над массами 500 и 1 000… Доскажете?

— На это и впрямь нужно два слова. Однако мне хотелось досказать и еще кое-что.

14

От воздушных замков развалин не остается. Но есть громадная разница между праздными вымыслами бездельных мечтателей и отважной работой воображения ищущих ученых. Оттого и громадна эта разница, что там — праздные вымыслы, а здесь — искания и работа.

В среде физиков можно услышать резко противоречивые мнения о варитронной истории. Можно услышать полное отрицание какого бы то ни было успеха Арагацкой лаборатории в поисках новых частиц. И можно встретить полное признание ее пионерских заслуг в этой, еще не оконченной эпопее открытия все новых мезонов.

— Слово «варитроны» вы не найдете в энциклопедии, — скажут вам те, кто настроен безоговорочно «против». — О варитронах уже не будут рассказывать университетские курсы физики, как молчат они о гипотетических неземных элементах небулии и коронии, еще не так давно волновавших умы ученых, как молчат они обо всем, что не состоялось в науке. Все холмы и холмики на арагацкой спектральной кривой были сплошным миражем — экспериментальной ошибкой — и больше ничем… И потому нельзя утверждать, что на Арагаце физики впервые указали на существование новых частиц.

— Да, были миражи, — согласятся те, кто настроен решительно «за». — Но и миражи в пустыне — явление природы, а не каприз глядящего: миражи можно сфотографировать. Они — следствие искривления световых лучей в атмосфере. И хоть искаженно, но показывают они реальные вещи. Арагацкие физики исключили миражи, которые могли порождаться старыми знакомыми — электронами и протонами. В огромной статистике своих измерений они, несомненно, первыми наблюдали новые частицы. Они качественно указали на существование и пи-мезонов и К-мезонов… Это их заслуга.

Кто прав?

С нашей стороны было бы самонадеянно и смешно пытаться дать свой ответ на такой вопрос. Может быть, как всегда, истина лежит где-то посредине?

Но подождите, тут затесались в рассказ какие-то еще не встречавшиеся нам К-мезоны. Откуда они взялись?

Дело в том, что открытие ядерно-активных пи-мезонов было только началом целой цепи таких выдающихся событий в микрофизике наших дней. К середине 50-х годов после бесчисленных разногласий между экспериментаторами разных стран оформилось в таблице элементарных частиц многолюдное семейство новых мезонов с массой около 1 000 и сравнительно долгим (необъяснимо долгим) временем жизни. У них была та самая масса, над значением которой возник третий холм на очищенной от миражей арагацкой спектральной кривой. И стоит заметить, что физики на Арагаце все время вопреки сомнениям многих ученых настаивали на непонятном «долголетии» новых мезонов.

Эти-то новые промежуточные частицы, тоже рождающиеся при бомбардировке атомных ядер, были скромно названы кем-то К-мезонами. А вообще говоря, они заслуживали и более звучного имени: они уже поведали физикам немало неожиданных новостей о сложных взаимодействиях частиц в недрах материи. Как раз-благодаря своеобразию их рождения и распада строгая наука обогатилась таким нестрогим поэтическим термином, как «странность», и такими любопытными выражениями, как «сохранение странности» и «несохранение странности».

Для изучения этих «тысячников», как называют их на Арагаце, и для наблюдения частиц с массой около 500 Алиханян и ввел в конструкцию масспектрометра туманную камеру Вильсона.

Так, может быть, на Арагаце впервые наблюдались и К-мезоны? Может быть, среди варитронных миражей действительно был истинный К-мезонный холм? Это тот же вопрос, что и о пи-мезонах. Не нам на него отвечать.

Одно бесспорно: из живой истории науки ничто не может быть вычеркнуто. Эта история — непрерывная драма научных исканий. В ней все оставляет неизгладимый след. И верным знанием законов и явлений природы ученые обязаны не только сразу добытым истинам, но и временным заблуждениям, в которых истина прячется.

Не обсуждая вопроса о конкретных массах наблюдавшихся на Арагаце частиц, оставив в стороне спор о миражах, недавний президент Академии наук СССР академик А. Н. Несмеянов сказал в 1957 году, что в работах Алиханова и Алиханяна впервые была поставлена сама 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. 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.