ВЕЩЕСТВО: ВЗГЛЯД ИЗНУТРИ

Вот что рассказали академик Б. Вайнштейн и академик Б. Кадомцев.

По способности проводить электрический ток издавна все вещества было принято делить на три класса: металлы, полупроводники и диэлектрики (изоляторы). По современным представлениям, электроны в твердых телах располагаются в так называемых энергетических зонах, которые отделены друг от друга «энергетическими щелями». Если среди зон есть частично заполненные, то это — металл, хороший проводник электрического тока. Если же некоторые зоны заполнены, а другие — пустые, то это — изолятор, ибо электроны заполненных зон не участвуют в электропроводности.

У полупроводников энергетическая щель между самой высокой из заполненных зон (валентной) и самой низкой из незаполненных (проводимости) — мала. Поэтому небольшого повышения температуры достаточно, чтобы перенести электроны из валентной зоны в зону проводимости. При этом обе они оказываются частично заполненными, и полупроводник становится проводником электрического тока. Электропроводность может быть существенно повышена добавкой различных примесей.

Но возникает вопрос — а есть ли вещества, занимающие промежуточное положение между металлами и полупроводниками, то есть такие, у которых энергетическая щель равна нулю и в то же время нет частично заполненных зон? Впервые утвердительный ответ дали советские физики. В тридцатые годы молодые теоретики С. Вонсовский и С. Шубин продемонстрировали это с помощью простой модели, а в 1955 году И. Цидильковским было обнаружено первое вещество такого типа — теллурид ртути. В последующие годы найден целый ряд бесщелевых проводников (так стали называть новые вещества) и началось их интенсивное изучение.

Оказалось, что бесщелевые полупроводники обладают свойствами, отличающими их от металлов, полупроводников или изоляторов. Прежде всего тут значительную роль играет взаимодействие электронов. Их свойства при низких температурах оказались не в ладу с обычной теорией, и пришлось применить совсем новые методы для характеристики этих объемов.

Еще одна особенность — электроны в таких полупроводниках легко отбирают энергию от внешнего источника и «нагреваются». При этом меняется распределение электронов в веществе. В результате ток растет с увеличением электрического поля значительно быстрее, чем следует из закона Ома. Кроме того, электроны в таких полупроводниках в тысячи раз подвижней, чем в кремнии — наиболее популярном в настоящее время полупроводнике. А это определяет чувствительность и рабочие параметры электронных устройств.

Необычно ведут себя в этих полупроводниках и примеси. Некоторые из них уже при очень малой концентрации приводят к образованию дополнительных, так называемых примесных зон. Это создает очень своеобразную зависимость электропроводности от нагревания: при повышении температуры она сначала увеличивается, затем падает, а потом опять возрастает. Бесщелевые полупроводники демонстрируют также ряд удивительных свойств в магнитном поле и в инфракрасном излучении.

К полупроводникам такого рода примыкают вещества, у которых в обычном состоянии есть энергетическая щель. Однако ее можно «закрыть» путем внешнего воздействия. Это достигается изменением состава, как, например, в соединениях висмута с сурьмой, а также сжатием или приложением магнитного поля. В таких случаях говорят о бесщелевом состоянии.

Исследование веществ с малыми энергетическими щелями дало возможность обнаружить еще целый ряд новых состояний — так называемые экситонные фазы. Если из валентной зоны перевести один электрон в зону проводимости, то пустое место — «дырка» — в валентной зоне подобно положительному заряду. Вместе с электроном она может образовать заряженный комплекс — экситон, напоминающий атом водорода. При уменьшении энергетической щели могут создаться условия, когда экситоны начнут образовываться самопроизвольно — вещество переходит в экситонную фазу.

Исследования советских физиков показали, что в природе есть целый ряд веществ с необычными свойствами, которые можно объяснить, рассматривая их как экситонные фазы. Это так называемые полуметаллы — металлы с очень малым числом носителей тока и очень своеобразной кристаллической структурой и, по-видимому, ряд ферромагнетиков.

Однако было интересно убедиться не только в том, что экситонные фазы могут существовать, но и проследить переход в такое состояние. Теоретическая догадка получила экспериментальное подтверждение. Эти фазы были обнаружены у сплавов висмута с сурьмой при комбинированном воздействии сильных магнитных полей, давления и низких температур.

Эти исследования не только обогатили и расширили представления об энергетической структуре твердых тел, и указали новые пути получения материалов, которые будут иметь значительные и, возможно, весьма необычные с точки зрения сегодняшнего дня технические применения.

ПРАВОЕ И ЛЕВОЕ В МИРЕ АТОМОВ

Вот что рассказали академик С. Беляев, академик Б. Понтекорво и член-корреспондент АН СССР И. Гуревич.

До середины пятидесятых годов в физике существовала твердая уверенность в том, что описание явления не зависит от того, наблюдается ли оно непосредственно или в зеркале. Иными словами, правое и левое совершенно равноправны. Об этом говорят как о законе сохранения четности. Но уже в 1956 году было обнаружено несохранение четности в слабых взаимодействиях. Это можно считать одним из крупнейших открытий в физике нашего времени.

Здесь придется сделать маленькое отступление. Слабое взаимодействие можно описать как проявление сил, преобразующих пару одних частиц в другую пару частиц. Если суммарный электрический заряд таких пар отличен от нуля, говорят, что взаимодействие осуществляется через заряженные токи. Оно как раз и приводит к бета-распаду ядер. Если суммарный заряд пары равен нулю, говорят о взаимодействии, вызванном нейтральными токами.

Еще в 1959 году академик Я. Зельдович обратил внимание на то, что если нейтральные токи существуют, то должны возникать чрезвычайно малые эффекты несохранения четности в атомах. Затем поиски нейтральных токов оказались в центре внимания физики элементарных частиц, поскольку их существование определенно предсказывалось одной из теоретических моделей, единым образом описывающих электромагнитные и слабые взаимодействия. В 1973 году нейтральные токи были обнаружены в процессах взаимодействия нейтрино с ядрами. В том же году французские физики М. и К. Бушья заметили, что эффекты несохранения четности, обусловленные нейтральными токами, усиливаются в тяжелых атомах и что их поиски становятся реальной экспериментальной задачей. Они же предложили искать эти эффекты в очень маловероятном электромагнитном атомном переходе в цезии.

Летом 1974 года сотрудник Института ядерной физики в Новосибирске И. Хриплович для той же цели предложил другой эксперимент, заключающийся в поиске поворота плоскости поляризации света, прошедшего через пары тяжелых металлов, в частности висмута. Поворот плоскости поляризации в таких условиях означает неэквивалентность правого и левого направлений вращения. Л. Барков и М. Золоторев начали в том же институте подготовку эксперимента с висмутом. Почти одновременно этот опыт был предложен и начат в Оксфорде (Англия) и. Сиэтле (США).

Первая трудность при проведении такого эксперимента заключается в том, что измерять нужно ничтожно малые углы, составляющие примерно одну миллионную долю градуса. Это угол, на который нужно повернуть километровый стержень вокруг оси, проходящей через один из его концов, чтобы другой конец сместился на сотую долю миллиметра! Другая сложная проблема, вставшая перед новосибирскими физиками, — необходимость экранировать объем с парами висмута от случайных внешних магнитных полей. Наконец, очень трудно создать эффективную схему контроля надежности в столь тонком эксперименте.

Хотелось бы передать ту атмосферу напряженного ожидания, которая сложилась в ходе экспериментов. Ведь результаты опытов определяли отношение к. единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий всех физиков, работающих в этой области, включая, разумеется, и авторов теории Вайнберга, Салама и Глэшоу. По своему значению унификация слабых и электромагнитных процессов может быть сравнима с теорией Максвелла, объединившей электрические и магнитные явления.

Первыми опубликовали результаты эксперимента оксфордская и сиэтлская группы, которые не обнаружили эффекта. Новосибирская группа в это время упорно работала над устранением ложных аппаратурных эффектов и добилась успеха. В январе 1978 года Барков и Золоторев впервые уверенно наблюдали вращение плоскости поляризации света в парах висмута. Это было первым наблюдением несохранения четности в атомах, первым наблюдением слабого взаимодействия электронов с протонами и нейтронами, обусловленного нейтральными токами. Новые серии измерений позволили количественно подтвердить предсказания величины эффекта, следующие из единой теории электромагнитных й слабых взаимодействий.

Это было трудное время для новосибирских физиков, поскольку их измерения резко противоречили результатам других групп опытных ученых. Поддержка новосибирского результата пришла из эксперимента совсем другого типа. В июне 1978 года группа физиков, работавшая на двухмильном линейном ускорителе в Стэнфорде (США), сообщила о наблюдении несохранения четности при рассеянии электронов большой энергии на дейтерии.

А спустя год появились новые, еще более точные экспериментальные данные, полученные в Новосибирске и Стэнфорде. Еще одно подтверждение правильности новосибирского результата получено в атомном эксперименте с таллием, проведенном в Беркли (США). Что же касается групп Оксфорда и Сиэтла, то они отказались от первых нулевых результатов.

Таким образом, открытие новосибирских физиков, которые обнаружили несохранение четности в атомных явлениях и тем самым доказали существование нового вида слабого взаимодействия между электроном и нуклонами ядра атома, следует считать твердо установленным фактом.

ИДЕМ К 114-му?

Вот что рассказал академик Г. Флеров.

Для современной ядерной физики превратить ртуть в золото — элементарная операция. Хотя, конечно, такое золото будет намного дороже, чем добываемое из недр. Но человек поставил перед собой задачу на порядок сложнее: научиться получать атомные ядра химических элементов, которых нет в природе. Или они живут так недолго, что самые чувствительные приборы не успевают их зафиксировать. В периодической системе, где элементы выстроены в порядке возрастания заряда их ядер, эти рукотворные элементы должны были располагаться за ураном, имеющим номер 92. И поэтому получили название трансурановых.

Образно говоря, чтобы один элемент превратить в другой, надо проникнуть в центр его атома и изменить заряд его ядра. Например, «вбив» в ядро урана протон — ядро атома водорода, заряд которого равен единице, — можно получить элемент № 93, названный нептунием. Собственно, именно так, наращивая заряд ядра по единице, и получали первые трансурановые элементы.

Но для элементов с номерами больше 100 этот путь уже не годился. Их «предшественники» по периодической системе — тоже трансурановые элементы — в экспериментах получались в столь ничтожных количествах и жили так недолго, что изготовить из них мишени было просто невозможно.

Чтобы идти дальше, надо было научиться наращивать заряд ядер сразу на несколько единиц. И, следовательно, разгонять более тяжелые ядра, или, как говорят физики, тяжелые ионы азота, кислорода, аргона, неона. Для этого нужна была мощная ускорительная техника. И такая техника пришла на вооружение ученых Дубны: двадцать лет назад здесь был запущен циклотрон «У—300». По мощности пучков тяжелых номеров он вскоре в сотни раз превзошел ускорители капиталистических стран. Именно на нем и были получены трансурановые элементы с номерами 102–107.

Наша сегодняшняя задача — получение 114-го элемента. Почему именно его? Судя по всему, сразу за 107-м начинается область, которую «населяют» крайне неустойчивые ядра: они распадаются настолько быстро, что, даже получив, мы едва ли сумеем их обнаружить. А с другой стороны, теория предсказывает, что в зоне сверхэлементов с атомными номерами 112–120 ядра должны быть более устойчивыми.

Что же дает нам уверенность в успехе? Исследования, которые мы ведем параллельно. Если сверхэлементы в принципе возможны, то они могли где-то оставить свои «следы». И мы ищем эти «следы» в земных минералах, в образованиях, поднятых с океанского дна, в глубинных водах, насыщенных солями тяжелых металлов. Но, пожалуй, больше всего надежд мы возлагали на метеориты — эти естественные космические «лаборатории». Прежде чем попасть на Землю, они миллионы и миллиарды лет путешествуют по Вселенной, где их непрерывно бомбардируют потоки самых разных частиц. Почему бы среди этих частиц не быть ядрам сверхэлементов?

Наши надежды оправдались: в метеорите Марьялахти, найденном на побережье Ладожского озера, сотрудники лаборатории обнаружили характерный «след», принадлежащий ядру с атомным номером по меньшей мере больше 110. Правда, мы понимали, что один «след» — не очень веское доказательство. Но недавно удалось обнаружить второй. И есть надежда, что таким же окажется третий. Если все это так, дело остается «за малым»: повторить то, что сумела сделать природа.

Казалось бы, наши исследования носят чисто научный, фундаментальный характер. И весьма далеки от прозы будней. На самом деле это не так. Например, бомбардируя тяжелыми «онами полимерные пленки, мы научились превращать их в своего рода «сито». Размер отверстий у него может быть в одну миллионную долю миллиметра. А плотность этих отверстий доходит до миллиарда на один квадратный сантиметр.

Такие полиядерные материалы оказались незаменимыми в роли фильтров для сверхтонкой очистки. Они с успехом очищают воду и воздух от микроскопических вирусов, задерживают угольную пыль, стерилизуют лекарственные растворы, незаменимы при контроле за состоянием окружающей среды. Эти фильтры уже защищают от загрязнений атмосферу операционных и цехов промышленных предприятий, прошли испытания как «инструмент» для получения противогриппозных и других вакцин.

Но и это лишь один из примеров практического приложения результатов наших исследований. Скажем, чтобы научиться «распознавать» ядра сверхтяжелых атомов, пришлось создать исключительно чувствительную аппаратуру. Как говорят специалисты, ее отличает рекордное отношение «сигналфон» — качество, необходимое, например, при поиске редких полезных ископаемых. В этом и состоит «почерк» Дубны, где большая наука всегда старалась служить практике.

ПО СЛЕДАМ КВАРКОВ

Загадочное слово «кварки» вот уже тридцать с лишним лет будоражит мир науки. Физики сами придумали эту «частицу из частиц» — самый мельчайший, изначальный «кирпичик» мироздания. В отличие, скажем, от электрона или протона, у которых заряд равен единице, у кварков он должен быть дробным — составлять от нее какую-то часть- И, следовательно, из кварков, как из «кирпичиков», могут состоять самые разные элементарные частицы.

Идея кварков была столь заманчивой, что их искали в космосе и на земле. Но до сих пор никому не удалось обнаружить их «следов». Не раз уже раздавались голоса, что в природе кварков нет. Но ставились новые эксперименты—и наука сталкивалась с явлениями, объяснить которые можно было, лишь согласившись, что кварки существуют.

Например, в нашей лаборатории были обнаружены неизвестные частицы, поведение которых становится- понятным, если допустить, что они состоят из 5 кварков. Косвенным доказательством существования кварков служит и обнаруженное нами другое явление: какие бы частицы ни попадали на ядро атома, все направленные процессы у них протекают одинаково.

Мы работаем на знаменитом дубнинском синхрофазотроне, который после реконструкции обрел «второе дыхание»: тяжелые ядра гелия, углерода, азота, кислорода на нем можно разгонять до субсветовых скоростей. Пока таких скоростей для ядер не может дать ни один из других ускорителей в мире. Именно здесь в результате наших экспериментов родилось новое направление в науке — релятивистская ядерная физика. Но если разобраться в сути наших работ, то получится, что мы не столько открываем, сколько «закрываем» элементарные частицы.

Еще десять лет назад физики считали, что существует более двухсот элементарных частиц. Однако дальнейшие исследования показали, что природа гораздо более экономна в своих свершениях; многие частицы, считавшиеся элементарными, оказались составными. В том числе — из тех же кварков и так называемых лептонов. Правда, долгое время оставалось загадкой, как же кварки «скрепляются» между собой? Но в последнее время наши эксперименты подтвердили существование еще одной частицы — глюона, которая как бы «склеивает» кварки.

Эти исследования изменили взгляды на строение вещества, позволили сделать еще один крупный шаг к созданию единой теории, описывающей свойства микромира. Сейчас физики близки к тому, чтобы объединить электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.

Правда, не стоит чрезмерно обольщаться — в природе еще немало загадочного. Таинственные «черные дыры», квазары, рождение Вселенной и вспышки сверхновых звезд — их можно объяснить, лишь познав процессы, происходящие в микромире. Например, двадцать лет назад в нашей лаборатории впервые в мире была обнаружена такая частица, как антисигма-минус гиперон. Потом были открыты антиатомы — антигелий и антитритий. А сегодня уже можно с большей долей надежды предположить, что существуют и антимолекулы. А значит, и антивещество.

Остается дать волю фантазии и предположить, что наряду с нашими мирами, во Вселенной существуют и антимиры. Кто знает, может быть, мы сумеем доказать эту гипотезу, проникнув еще глубже в строение атома?

ЛОВУШКА ДЛЯ НЕЙТРИНО

Представьте себе совершенно фантастическую картину. Глубина — пять тысяч метров. Царство вечной темноты. Почти ничего живого. И вдруг со дна поднимается целый лес гигантских кабелей более полутора километров. На них колеблются приборы. Изредка то там, то здесь слабо блеснет луч света, и снова темнота. Так будет выглядеть в натуре глубоководная установка для регистрации одной из самых удивительных и загадочных частиц микромира — нейтрино. Над проектами таких «приборов» сейчас работают ученые многих стран мира. Вот что рассказал научный руководитель этой программы в СССР академик-секретарь отделения ядерной физики Академии наук СССР М. Марков.

Специфическим свойством нейтрино, выделяющим эту частицу среди других представителей микромира, является ее исключительно слабое взаимодействие с окружающим нас веществом. Для нее практически прозрачны Земля, Солнце и вся современная Вселенная. Мчась со скоростью света — 300 тысяч километров в секунду, — она пронзает галактики, звезды, туманности.

Большинство термоядерных реакций на ранних стадиях эволюции Вселенной и в недрах звезд сопровождается испусканием нейтрино. Поэтому в мире идет постоянное накопление этих частиц. Мы с вами буквально купаемся в потоке нейтрино, в самых разных точках и объектах Вселенной.

Нейтрино несут в себе информацию обо всей истории развития современных форм вещества Вселенной. Освоение этого бесценного источника сведений об окружающем нас мире представляет собой одну из центральных задач современной астрофизики.

Первые практические шаги начали делаться в 60-е годы. Американским физиком Р. Дэвисом был создан нейтринный детектор, работающий на основе метода, предложенного академиком Б. Понтекорво.

Установленный на глубине около полутора километров под землей, детектор регистрирует нейтрино, которые образуются в результате термоядерных реакций, протекающих в недрах Солнца.

Результаты этого эксперимента заставили по-новому посмотреть на многие сложившиеся представления о строении солнечных недр. Сейчас в Брукхевенской национальной лаборатории (США) и в Институте ядерных исследований Академии наук СССР готовится к работе другой детектор, который позволит измерить интенсивность потока нейтрино более низких энергий и проверить предположения, составляющие основу современных представлений о строении и эволюции Солнца.

За последние 20 лет в значительной степени благодаря работам, выполненным на Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ АН СССР, в природном потоке приходящих на Землю нейтрино появились первые освоенные островки. В настоящее время развитие техники позволит исследовать частицы более высоких энергий. Это даст возможность, с одной стороны, регистрировать поток нейтрино, образовавшихся в бурную эпоху формирования галактик и звезд, которая удалена от нас более чем на 10 миллиардов лет. Изучение сохранившихся с тех пор нейтрино даст уникальную возможность получения «непосредственно от живых свидетелей» информации о младенческом периоде жизни галактик.

С другой стороны, нейтрино представляют огромный интерес с точки зрения изучения свойств микромира. В природном потоке нейтрино содержатся частицы столь высоких энергий, которые не будут получены на ускорителях даже в отдаленном будущем. Если мы научимся использовать этот поток нейтрино, то сможем лучше понимать структуру элементарных частиц, их «характер».

Проблему регистрации нейтрино высоких энергий мы впервые начали обсуждать в конце 50-х годов. Тогда родилась идея использовать огромные объемы воды в качестве мишени для частиц. Принципиальные достоинства такого подхода очевидны.

Устанавливая аппаратуру глубоко под водой, мы можем устранить или по крайней мере значительно снизить уровень помех, создаваемых другими приходящими на Землю частицами космического излучения.

Как ни мала вероятность взаимодействия нейтрино с веществом, все же она отлична от нуля. В очень редких случаях нейтрино сталкивается с протоном — ядром атома водорода или частицами, входящими в состав ядра атома кислорода. При столкновении рождаются заряженные частицы, которые уже можно «поймать». Двигаясь в воде со скоростью, близкой к световой, эти частицы будут испускать свет, который можно зарегистрировать. Зафиксировав его, мы сможем вычислить, какой энергией обладало нейтрино, откуда оно к нам прилетело.

Свечение будет фиксироваться с помощью установленных в воде на тросах чувствительных светоприемников. Полученная информация по кабельным линиям связи пойдет на береговой — центр приема и обработки данных. Предполагается, что первые установки будут содержать несколько тысяч светоловушек и занимать объем, близкий к кубическому километру.

По виду этот подводный лес будет запоминать пчелиные соты со стенками длиной около километра. В каждой ячейке этих сотов будет содержаться свыше десяти тысяч тонн воды.

Но время идет, и у специалистов возникают новые идеи. Советские ученые Аскарьян, Б. Долгошеин и ученый из США Т. Боуэн предложили регистрировать акустический сигнал, чем-то напоминающий звук при откупоривании бутылки шампанского. Его издают заряженные частицы, образующиеся под действием нейтрино очень высоких энергий. Если этот метод получит путевку в жизнь, то регистрирующая аппретура окажется проще и дешевле.

Если сама идея глубоководной регистрации мюонов и нейтрино обсуждается уже более двадцати лет, то первые фактические шаги начали делаться в — ССР, США и Японии лишь в самые последние годы. Американскими физиками разработаны проекты серии глубоководных детекторов, известных под названием ДЮМАНД. Название проекта образовано из первых букв английской фразы. В переводе — «глубоководная регистрация мюонов и нейтрино».

Детекторы предполагается установить в Тихом океане близ Гавайских островов на глубине около пяти километров. Проходят испытания первые образцы глубоководных светоприемников, разрабатываются специальные фотоэлектронные умножители высокой чувствительности, ведется исследование оптических свойств океанской воды. На базе Гавайского университета (США) создан специальный научный центр глубоководных исследований.

В Советском Союзе также ведутся исследования в этом направлении. Суда Академии наук СССР начали всестороннее обследование некоторых перспективных, с нашей точки зрения, районов Мирового океана. Начаты поисковые работы с целью создания новых типов высокочувствительных светоприемников.

Местом для проведения испытаний опытных образцов глубоководной аппаратуры и создания действующих прототипов больших океанских детекторов выбрано озеро Байкал. Учеными Института ядерных исследований АН СССР, работающими совместно со своими коллегами из университетов Москвы, Иркутска, Томска и институтов Сибирского отделения АН СССР, созданы и испытаны на Байкале на глубинах свыше одного километра первые образцы глубоководных светоприемников.

Выполняется широкая программа исследований интересующих нас свойств байкальской среды, готовятся к постановке первые глубоководные системы для регистрации мюонов космических лучей. Уникальные условия озера (глубина около полутора километров, высокая прозрачность воды, отсутствие сильных течений, наличие устойчивого ледяного покрова, позволяющего вести монтаж аппаратуры со льда) дают возможность создать здесь глубоководные системы размером вплоть до сотен миллионов кубических метров. Они будут не только служить прообразами больших океанских детекторов, но и позволят провести на их основе широкий спектр исследований в области физики элементарных частиц и астрофизики.

К ТАЙНАМ МИКРОМИРА

ИБР-2 — мощный импульсный реактор на быстрых нейтронах — пущен в Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Специалисты считают, что его запуск обеспечит институту ведущее положение в мировой науке на ближайшие 10–15 лет. Ученые одиннадцати социалистических стран, работающие в этом международном физическом центре, получили новую базовую установку для изучения структуры и свойств материи, С запуском ИБР-2 открываются новые возможности для физиков-исследователей. По импульсной мощности (100 МВт) этот реактор превосходит все, что существует в мире на стационарных реакторах.

Пять раз в секунду ИБР-2 выбрасывает мощные потоки нейтронов, которые выводятся из реактора по 14 каналам на разные расстояния: десятки, сотни и даже тысячу метров. Имеются два больших экспериментальных зала, в которых ученым предоставлена возможность проводить одновременно до 20 сложных экспериментов, позволяющих решать современные проблемы нейтронной физики. В то же время реактор безопасен в работе (он снабжен двумя поясами защиты), а конструкция и автоматика систем управления реактором гарантирует от каких бы то ни было неожиданностей — опасность взрыва исключена.

…На одной из встреч в Лаборатории нейтронной физики ее директор академик Илья Михайлович Франк шутливо заметил, что никакой нейтронной физики не существует, а есть только методы использования нейтронов в самых разных приложениях: в физике элементарных частиц, в физике конденсированных сред (включая и молекулярную биологию) и в ядерной физике. Как получить насыщенный поток нейтронов, если не существует их природного источника?

Появление в 40-х годах атомных реакторов позволило нейтронной физике сделать огромный шаг вперед. Но в исследовательских реакторах удельная мощность не очень велика — в лучшем случае 60 тысяч кВт. Естественно, возник вопрос: как получить более мощные источники нейтронов?

Оригинальное и эффективное решение этой задачи предложил в свое время член-корреспондент Академии наук СССР Дмитрий Иванович Блохинцев. Оно состоит в том, чтобы использовать вместо обычного реактора, создающего постоянный поток нейтронов, реактор импульсный, который дает короткие периодически повторяющиеся вспышки нейтронов. С 1970 года в Лаборатории нейтронной физики велось строительство мощного импульсного реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением. Реактор получил название ИБР-2. Он способен давать во время вспышки мощность около 8000 мегаватт. Это громадная мощность — мощность нескольких атомных электростанций.

Дубненцы планируют на импульсном реакторе провести большую программу исследований. Возможно, ученые выяснят, каким образом полимеры образуют свою структуру, каков характер химических связей в кристаллах. Это позволит создавать материалы с Заданными физико-химическими свойствами, необходимые народному хозяйству.

Существует программа исследований с помощью ультрахолодных нейтронов. Такие нейтроны можно исследовать как любой химический элемент. И если окажется, что у нейтрона есть электрический дипольный момент, то коренным образом изменятся теоретические представления о природе Вселенной.

Известно, что быстрые нейтроны обладают благоприятными радиологическими характеристиками. Поэтому ученые Дубны надеются с их помощью проводить диагностику злокачественных образований.

У НЕЙТРОНА-ЗАРЯД?

Нейтрон получил свое название благодаря тому, что физики были абсолютно уверены: он — нейтрален, не имеет электрического заряда. Но этой уверенности явно поубавилось. И мы сейчас заняты тем, что ищем в нейтроне… слабые электрические свойства. Нужно проверить и недавно высказанное предположение, что нейтрон может переходить в антинейтрон. Если эти поиски увенчаются успехом, перед Физиками, изучающими ядра атомов, откроются совершенно новые перспективы.

У ученых к нейтронам особое отношение. Вместе с протонами они образуют ядра атомов. Но, если протоны имеют заряд и поэтому их можно одержать, например, с помощью электромагнитного поля, то нейтроны долго считались «неуловимыми». Тем не менее одна из последних работ нашей лаборатории увенчалась получением нейтронного газа из так называемых ультрахолодных нейтронов. Этот газ можно хранить… даже в обычной стеклянной бутылке, заткнутой пробкой. И нейтроны, подобно сказочным джиннам будут «сидеть» в ней такое время, какое нужно исследователям, чтобы изучить их.

В своем кругу физики называют нейтрон рабочей лошадью атомной энергетики. Выделяясь при распаде атомных ядер, он участвует во всех реакциях, протекающих в ядерных и термоядерных установках. И он же причина многих сложностей. Под действием нейтронов бетон вспучивается и трескается, сталь «разбухает» и делается хрупкой, как стекло, изоляторы начинают проводить электрический ток. Все эти явления мы изучаем в нашей лаборатории, помогая энергетикам создать более совершенные и надежные атомные установки.

До последнего времени основным нашим «инструментом» был уникальный, единственный в мире импульсный источник нейтронов ИБР-30. Создавая мощнейшие импульсы нейтронного излучения, он позволяет, образно говоря, «просвечивать» не только предметы, но и явления — получать мгновенные фотографии стремительных процессов, заглянуть в самые «потаенные» структуры материи, исследовать образцы из самых разнообразных материалов. Но уже сейчас в нашей лаборатории вводится в строй в сотни раз более мощный импульсный реактор ИБР-2, который откроет перед исследователями новые возможности.

Что мы ждем от него? Нейтроны, например, могут многое рассказать о живой материи. В отличие от электронного микроскопа, который показывает строение мертвых, препарированных клеток, нейтронный пучок позволяет заглянуть в живой организм, не опасаясь разрушить его ткани или нарушить нормальную работу.

Сейчас, например, с помощью нейтронов мы изучаем иммуноглобулины— внутриклеточные структуры, которые выводят из организма вредные вещества. Задача состоит в том, чтобы лучше разобраться в механизме иммунной защиты нашего организма, вооружить медиков действенными методами, позволяющими бороться с «поломками» в нем. Нейтронные пучки могут повысить и точность диагностики при опухолевых заболеваниях, просвечивание ими помогает установить размеры и расположения новообразований. Наконец, эти работы позволили нам взяться за нейтронную терапию — разработку способов направленного воздействия нейтронов на опухоли.

ПАРАДОКСЫ ОДИНОКИХ МОЛЕКУЛ

Поступают все новые и новые данные о чудесных свойствах возбужденной воды. Она на треть ускоряет рост и урожайность всех, без исключения, растений, способствует приросту веса и повышению жизнестойкости у птиц, домашних животных, рыб. Получается, что можно повышать урожай без удобрений — «удобрять» возбужденной водой! Или не тратить лишних кормов и получать «дармовые» привесы птиц, скота, рыбы только за счет воды…

Более того, оказалось, что эти факты известны давным-давно. В течение столетий крестьяне во многих областях страны поят домашних животных и птиц талой снеговой или ледовой водой. А горцы Чечено-Ингушетии, например, среди которых вчетверо больше долгожителей, чем в целом по стране, прямо объясняют это тем, что пьют свежеталую воду, стекающую с гор.

Как же объяснить все эти парадоксальные, по сути, явления? К сожалению, фундаментальная наука до сих пор этой проблемой не занималась. Более того, многие ее представители считают, что и проблемы-то нет: все дело, мол, в примесях воздуха или крохотных частичках твердых веществ, присутствующих в воде. Именно они, подвергаясь активному электромагнитному или тепловому воздействию, меняют свойства воды. Однако простые наблюдения самих сторонников этой «дежурной» гипотезы показывают ее несостоятельность. Так, если измерить электропроводность очень чистой воды (бидистиллята) до омагничивания, то она оказывается меньше, чем после омагничивания. А ведь то ничтожное количество примесей, которые есть в бидистилляте и от которых зависит электропроводность, осталось неизменным.

Можно привести десятки подобных примеров. Но все они находят простое и легкое объяснение, если принять за основу, что внешние воздействия влияют не на количество посторонних частиц в воде, а изменяют строение самой воды. В этом и состоит суть новой гипотезы.

Химическая формула воды известна. Однако далеко не каждый знает, что эти молекулы представляют собой крохотные магнитики, водородный «полюс» которых заряжен положительно, а кислородный — отрицательно. И в соответствии с физическими законами эти магнитики притягиваются друг к другу противоположно заряженными «концами»: плюс — к минусу, минус — к плюсу. Так происходит «слипание» молекул в крупные образования — ассоциаты. А среди ассоциатов «гуляют» отдельные неслипшиеся мономолекулы. Они-то, очень активные в физическом, химическом и биологическом отношении, и «задают тон» свойствам всей воды. Но в обычной воде мономолекул очень мало — сотые доли процента. Разумеется, они не в состоянии преодолеть инерцию огромных сгустков «неповоротливых» ассоциатов.

Совсем другая картина получается, когда на воду обрушивается электрическое или магнитное поле, удары лопастей дезинтегратора или мощный поток калорий. Столь разные способы возбуждения воды приводят к одинаковому результату — слипшиеся ассоциаты дробятся, распадаются на отдельные мономолекулы. Число их резко увеличивается, а в результате возрастает физико-химическая и биологическая активность воды.

В эту картину хорошо укладывается и последующее «старение» воды, когда она постепенно теряет свою активность. Это происходит потому, что притягиваемые магнитными силами мономолекулы снова слипаются в ассоциаты. Процесс вполне естественный, но и здесь есть свои нюансы. Если при возбуждении воды ее одновременно перемешивать, то время «старения» значительно растягивается — вода долго остается активной. Дело в том, что образовавшиеся мономолекулы при перемешивании разгоняются по всему объему воды, теряются среди оставшихся ассоциатов, и им требуется несколько десятков часов, чтобы «отыскать» друг друга и соединиться.

Гипотеза «измельченной» воды позволяет объяснить практически все парадоксальные явления, ставившие в тупик исследователей. В том числе и зарегистрированный мировой статистикой факт возрастания количества инфарктов и некоторых других заболеваний в период активного Солнца. Усиление солнечной активности немедленно повышает уровень магнитного поля Земли. А поскольку организм человека — это, по сути, водная система, то магнитный «удар» вызывает образование большого количества активных мономолекул. Они легче, чем крупные ассоциаты, проникают в живые клетки человека, нарушая их нормальную жизнедеятельность. Понимание этого процесса позволит медикам найти действенные средства для защиты организма.

Конечно, гипотеза — это всего лишь гипотеза, и она не застрахована от ошибок. Но и в таком виде, объясняя механизм действия возбужденной воды, позволяет исследователям работать не «вслепую», как до сих пор, а сосредоточить свои усилия на наиболее перспективных направлениях использования возбужденной воды на благо человека.

НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ

На протяжении многих лет исследователи ведут наступление на абсолютный нуль температуры. Как известно, температура, равная абсолютному нулю, характеризует основное состояние системы многих частиц — состояние с наименьшей возможной энергией, при которой атомы и молекулы совершают так называемые «нулевые» колебания. Таким образом, глубокое охлаждение, близкое к абсолютному нулю (считается, что сам абсолютный нуль на практике недостижим), открывает неограниченные возможности для изучения свойств вещества.

До начала 60-х годов нашего столетия возможность получать сверхнизкие температуры имели лишь несколько научных лабораторий во всем мире. Причем методы получения таких температур были разовыми, а мощность охлаждения очень малой. В 1962 году английские физики выдвинули новый оригинальный метод достижения сверхнизких температур — путем непрерывного растворения жидкого гелия-3 в гелии-4. Жидкий гелий в качестве «рабочего вещества» был выбран не случайно. Эта специфическая жидкость единственная из всех веществ не затвердевает при охлаждении вплоть до абсолютного нуля.

В то время в Лаборатории ядерных проблем в Дубне велись работы по созданию магнитной холодильной установки. Но, поскольку метод, предложенный англичанами, представлялся гораздо более перспективным, эти работы были прекращены и начались эксперименты по реализации нового метода. Его удалось осуществить в 1965 году.

Упрощенно принцип действия установки, созданной в Дубне, можно представить следующим образом. Две ванны (нижняя — ванна растворения и верхняя — ванна испарения) соединены между собой противоточным теплообменником. Ванна растворения заполнена жидким гелием-3, теплообменник и часть верхней ванны — слабым раствором гелия-3 в гелии-4. Легкий изотоп гелия-3, растворяясь в «нормальном» изотопе гелия-4, под действием существующего в теплообменнике небольшого перепада давления диффундирует в ванну испарения. При этом система охлаждается. Гелий-3 затем извлекается из смеси и вновь растворяется в гелии-4, то есть в установке непрерывно циркулирует одно и то же количество гелия.

Уже первый вариант установки, созданной под руководством Б. Неганова в Дубне, позволил впервые в мире получить 0,055 градуса по Кельвину — рекордно низкую температуру. Осуществление на практике нового метода стало подлинно революционным шагом в физике и технике сверхнизких темпе-оатур.

Установки, подобные созданной в Дубне, могут работать в нужном режиме практически бесконечно долго. Тем самым был устранен разовый характер прежних методов получения сверхнизких температур. Мощность охлаждения увеличилась на несколько порядков, а значит, стало возможным проведение экспериментов, считавшихся ранее недоступными. Открылись широкие перспективы для использования установок охлаждения необходимой мощности во многих лабораториях мира. Ведь такие установки могут изготавливаться промышленным способом и настолько просты в обращении, что работать на них могут и неспециалисты в области сверхнизких температур, в частности физики самых разных специальностей. Таким образом, ученые получили в свое распоряжение мощнейший инструмент исследования свойств вещества при сверхнизких температурах.

В настоящее время в секторе сверхнизких температур Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ под руководством Б. Неганова продолжается напряженный поиск, направленный на совершенствование метода растворения гелия-3 в гелии-4 и расширение его применения в физических исследованиях. Мощность установок, созданных в секторе, возросла примерно в сто раз, а предельно достижимая с их помощью температура отделена от абсолютного нуля лишь несколькими тысячными долями градуса. Высокий авторитет завоевали установки охлаждения у физиков, работающих на разных направлениях научных исследований, ведущихся в Объединенном институте.

Так, применение методики позволило создать в ОИЯИ физические приборы нового типа — «замороженные» поляризованные мишени, открывшие широкие возможности для проведения разнообразных экспериментов в области высоких энергий. Интернациональным коллективом сектора сверхнизких температур под руководством Б. Неганова создана и экспериментальная криогенная установка для научной программы, в рамках которой исследуются закономерности распада ориентированных короткоживущих радиоактивных ядер.

АТОМНЫЙ СКАЛЬПЕЛЬ

Бестеневая лампа освещает обрамленное салфетками операционное поле. Пациент в глубоком наркозе. Сосредоточенные лица хирургов, до автоматизма отработанные движения. Отрывистые реплики-приказы: «Зажим!..», «Скальпель!..», «Тампон!..»

Такой нам представляется хирургическая операция по книгам, по собственному опыту. В сознании нашем она неизбежно связана с болью, неумолимо приходящей после наркоза, с потерей крови, с медленным возвращением в нормальное состояние.

Всего этого избежал больной во время операции в Ленинградском институте ядерной физики имени Б. П. Константинова. Впрочем, и сама процедура даже отдаленно не походила на традиционную операцию.

Пациент вошел в отделанную светлым пластиком комнату. Ему помогли устроиться на высоком столе, надели на голову маску из быстро твердеющего пластика, изготовленную по индивидуальной мерке. На этом приготовления были закончены, из помещения все ушли. И пациент остался один. Именно тогда и началась операция.

Больной не слышал команды «пуск», не видел мигания сигнальных лампочек на пульте протонного ускорителя. К нему не доносились звуки внешнего мира, хотя сознание его не было оглушено наркозом. Не ощущал он и боли. Только волнение. Неизбежное. Потому что объектом вмешательства был «святая святых» — головной мозг. Вернее — его небольшой придаток, известный под названием гипофиз.

Давно замечено, что, воздействуя на гипофиз, можно повлиять на течение многих процессов в организме, нацелить их на борьбу с болезнью. Но, к сожалению, бывает и так, что клетки самого гипофиза перерождаются — становятся уродливо-огромными. И превращаются в то, что и врачи и больные называют страшным словом— опухоль.

Теперь гипофиз уже не справляется со своей ролью регулятора эндокринной системы. И помочь человеку может только хирургическое вмешательство — операция на мозге. Далеко не простая и не безопасная. Весь гипофиз размером примерно в один кубический сантиметр. И для него скальпель хирурга, призванный отсечь больные клетки, слишком грубое орудие.

Но обязательно ли отсекать эти клетки? Нельзя ли их просто разрушить? Или, наконец, лишить активности, чтобы организм мог сам справиться с ними?

Оказалось, что можно. Идеальным средством для этого зарекомендовало себя ионизированное излучение — пучок заряженных частиц. Любое вещество, которое они пронизывают, становится в той или иной степени разрушенным: его атомы смещаются со своих мест, в кристаллической решетке образуются дефекты.

Выяснилось и другое: самую большую энергию заряженные частицы отдают в конце пробега — вблизи от места полной остановки. Отсюда и возникла стратегия лечения — сделать таким местом остановки очаг заболевания.

«Атомный скальпель» — так назвали пучок ускоренных заряженных частиц — способен проникать к любому органу тела. Самое же главное его преимущество состояло в том, что здоровые ткани, через которые он проходил, значительно меньше страдали от излучения, чем клетки в зоне остановки. Это означало, что, разумно выбрав энергию частиц, воздействие пучка можно сделать локальным.

Наиболее подходящими для лечения долгое время считались протоны — ядра атомов водорода — с энергией 200–250 миллионов электрон-вольт: они легко тормозились самим телом пациента. Но этот вывод не устраивал физиков ЛИЯФа и их партнеров-медиков из Центрального научно-исследовательского рентгено-радиологического института.

Дело в том, что синхроциклотрон — ускоритель частиц, построенный в Гатчине под Ленинградом, разгонял протоны до огромных энергий — порядка миллиарда электрон-вольт. Такие частицы, летящие почти со световой скоростью, способны преодолеть трехметровый слой воды, прошить насквозь полуметровую стальную плиту. Но в теле человека они практически не успевают замедлиться. Правда, исследования показали, что если эти частицы достаточно долго посылать «напролет» через одну и ту же область, то в ней будет происходить разрушение тканей. К сожалению, и больных, и здоровых — всех, что встретятся на пути пучка.

Как быть? Замедлить частицы до тех энергий, которые были уже апробированы? Но тогда свойства пучка сильно ухудшатся, он утратит важное преимущество — возможность тонкой фокусировки. В конце концов остановились на предложении руководителя физической части эксперимента профессора А. Воробьева: работать именно с тем пучком, который дает гатчинский синхооциклотрон. Физикам удалось «сжать» его в шнур диаметром всего в 2,5–3 миллиметра. А медики предложили методику облучения, практически исключавшую разрушение здоровых тканей.

Первым подобным операциям предшествовали многочисленные опыты на собаках.

После этого облучения жизненно важные центры мозга животных оставались неповрежденными. А ведь строение мозга собак таково, что эти центры расположены у них значительно ближе к гипофизу, чем у человека. Отсюда и возникла уверенность, что и облучение гипофиза человека даст желаемый эффект.

В ходе работ исследователям удалось расширить возможности протонной терапии. В Гатчине будут лечить не только опухоли гипофиза, но и другие тяжелые заболевания, при которых обычное хирургическое вмешательство нередко бывает противопоказанным.

На операционном столе больной должен провести около получаса. Потом он увидит улыбающиеся лица сестер и врачей, с головы его снимут маску и поведут (не повезут!) в комнату, по традиции именуемую «послеоперационной палатой». И никто здесь не будет удивляться, что состоялась сложнейшая, но бескровная и безболезненная операция на мозге, в результате которой болезнь удалось погасить на клеточном уровне. Около двухсот таких операций сделано в Гатчине. В подавляющем большинстве окончившихся успешно. Протонный пучок — детище физики высоких энергий — уже вышел из лабораторной колыбели и в руках хирургов превратился в настоящий атомный скальпель.

ТЕРМОМЕТРЫ ДЛЯ ПЛАЗМЫ

Вот что рассказал академик Е.Велихов.

Плазма — основное состояние вещества во Вселенной. Ее исследования приобрели важное значение и в практических целях, в первую очередь для получения управляемой термоядерной реакции.

Но сначала необходимо создавать горячую плазму в лабораторных условиях, используя для ее удержания магнитные поля. Однако плазма — очень капризный объект исследования — нередко внезапно теряет устойчивость в магнитном поле.

В целом поведение горячей плазмы характеризуется столь обширным набором явлений, что ее исследования по сложности сравнимы с изучением биологических систем. Подобно тому как человек или животное нуждается в медицинском диагнозе, «четвертое состояние вещества» также необходимо уметь диагностировать. Вот почему методы его исследования принято называть диагностикой плазмы.

Среди них особую роль в последнее время стала играть так называемая корпускулярная диагностика. Она основана на изучении слабых потоков нейтральных атомных частиц, которые испускает горячая плазма. Около двадцати лет назад ученые Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе во главе с Н. Федоренко высказали мысль о том, что эти потоки должны нести богатую информацию о процессах, происходящих в недрах плазмы и, в частности, о температуре термоядерного горючего — изотопов водорода.

Стоит отметить, что до тех пор не существовало сколько-нибудь надежных способов измерения температуры ионов водорода в горячей плазме. Трудность здесь заключается в том, что любой прибор, помещенный в среду с температурой в миллионы градусов, должен либо охладить ее, либо сгореть. Следовательно, судить о параметрах плазмы надо на расстоянии, и «термометр» должен быть бесконтактным.

Методы регистрации и анализа испускаемых плазмой атомов, разработанные советскими учеными, и созданная ими для этой цели уникальная аппаратура — анализаторы атомных частиц — позволили решить проблему измерения температуры водорода в горячей плазме.

Затем ученым удалось осуществить методику искусственного стимулирования потока атомов из определенной точки плазмы, что дало возможность измерять локальную температуру разогретого до многих миллионов градусов водорода. Ныне корпускулярная диагностика включает целый комплекс экспериментальных методик, который обеспечивает измерение и контроль как температуры, так и всех важнейших параметров ионов в термоядерных установках. Эта диагностика сформировалась в самостоятельное направление в области исследования горячей плазмы.

Для того чтобы на основе анализа потоков частиц получить четкое представление о процессах, протекающих внутри плазмы, выяснить механизмы нагрева ионов и их охлаждения, найти каналы ухода энергии, понадобились математические модели поведения ионов в термоядерных установках. Совместными усилиями ученых Института атомной энергии и МГУ такие модели были созданы. Они позволяют не только описывать явления, протекающие в действующих термоядерных установках, но и прогнозировать параметры плазмы в установках ближайшего будущего.

В течение последнего десятилетия комплекс методов корпускулярной диагностики и математического моделирования явлений в плазме был применен на термоядерных установках типа «токамак» в Институте атомной энергии. Результаты использования созданной советскими учеными — разнообразной диагностической аппаратуры совместно с глубоко разработанными математическими моделями баланса энергии и частиц в плазме оказались весьма впечатляющими. Исследователям удалось решить не только проблему надежного определения важнейших параметров, но и обнаружить и изучить закономерности нагрева и удержания водорода в «токамаках». Корпускулярная диагностика будет использоваться как важный способ контроля параметров плазмы на термоядерных установках следующих поколений вплоть до реактора управляемого термоядерного синтеза.

Работы советских ученых открывают также перспективы дальнейшего развития исследований горячей плазмы на «токамаках», которые позволяют вплотную подойти к получению самоподдерживающейся управляемой термоядерной реакции. Такие условия будут созданы, в частности, в «Токама-ке-15», который должен быть введен в строй в текущей пятилетке.

В области корпускулярной диагностики и математического моделирования процессов нагрева плазмы советским ученым принадлежит бесспорный мировой приоритет. По запросам зарубежных термоядерных центров соответствующая аппаратура поставлена в ФРГ, США, Францию, Англию, Японию, Швейцарию, ЧССР, ВНР, то есть практически во все страны, проводящие термоядерные исследования. Советские ученые по приглашению своих коллег неоднократно успешно выполняли эксперименты на зарубежных термоядерных установках с помощью созданной в СССР аппаратуры. Методы математического моделирования нагрева и удержания ионов в плазме термоядерных установок, развитые нашими учеными, послужили основой программы таких работ в ведущих научных центрах за рубежом.

ТИТАН КАК… РЕЗИНА

В работе стеклодува есть что-то от колдовства. Вот он концом металлической трубки поддевает немного расплавленной массы, подносит другой конец ко рту — и кажется, будто трубка превратилась в волшебную флейту. Мастер покачивает ее, вращает из стороны в сторону. И багровый сгусток расплава, словно цветок, на глазах принимает очертания изящной вазы с тончайшими стенками.

Вот если бы так можно было выдувать изделия из металла! Но в ответ на такое предположение любой технолог только улыбнется: даже на мощных прессах из металлического листа не всегда удается вытянуть объемную деталь — он просто рвется. До недавнего времени лишь стекло, нагретое до вязкой массы, отличалось редкой пластичностью: слабые легкие человека могут заставить его удлиняться в размерах в 500–600 раз! Близкими свойствами сегодня обладают и некоторые из пластмасс. Но заставить растягиваться, как податливую резину, прочнейший металл?..

Вполне реально. Титановый сплав можно заставить удлиняться даже в две тысячи раз. Для этого надо перевести его в сверхпластичное состояние…

Сверхпластичность. Впервые это понятие вошло в обиход науки с легкой руки академика А. Бочвара. Но само явление, открытое на кончике пера теоретиков, оказалось крепким орешком: до сих пор до конца неясно, почему металл, пройдя определенную термообработку и снова нагретый примерно до половины температуры плавления, вдруг начинает послушно растягиваться при сравнительно небольших усилиях. Правда, этот «пробел в знаниях» не остановил ученых Московского института стали и сплавов, — объединив усилия нескольких кафедр, они научились переводить в сверхпластичное состояние целую гамму металлов.

Есть одно бесспорное условие: металл становится сверхпластичным лишь после того, как приобретает мелкозернистое строение. Если обычно его кристаллы имеют разллеры от десятков до сотен микрон, то в сверхпластичном состоянии — от одного микрона до десяти. Можно подумать, что такие мелкие «зерна» гораздо слабее «привязаны» к своим местам и легко «перетекают» друг относительно друга. Отсюда и преимущества новой технологии…

Для работы со сверхпластичным материалом вовсе не обязательно осваивать «выдувание» сжатым воздухом или газом. Можно воспользоваться и обычным оборудованием — сравнительно маломощными прессами, штампами из доступных сталей. И с их помощью получать изделия сложнейшей формы. Причем получать при минимальных затратах энергии и почти без брака: скажем, там, где металлический лист при штамповке нередко рвался на крутых изгибах, сверхпластичный металл послушно обнимает матрицу.

Конечно, в природе ничто не дается даром. Для одних металлов, чтобы получить мелкозернистую структуру, достаточно термической обработки.

Можно поступить и иначе: распылить расплав в тончайший порошок и уже его превратить в заготовку методами порошковой металлургии. Плюс к этому нужна и соответствующая температура. Например, алюминиево-цин-ковый сплав становится сверхпластичным при двухстах пятидесяти градусах, медные сплавы нагревают примерно до пятисот, а титановые — до девятисот градусов. Но эти затраты окупаются с лихвой…

Скажем, многие детали, которые раньше требовали сложной механической обработки, из сверхпластичного металла можно получать за одну операцию. При этом экономится не только время — нет и уходящей в отходы стружки. А в результате коэффициент использования металла повышается в три-четыре раза.

НА ПОТОКЕ — ЖИДКИЕ МАГНИТЫ

Фантастическая идея управления формой жидкости отныне нашла реальное воплощение. На Харьковском заводе химических реактивов сегодня начат промышленный выпуск феррожидкости, способной под воздействием магнитного поля изменять не только конфигурацию своей поверхности, но и плотность, вязкость, оптические и электрические свойства.

Новая продукция, способ получения которой разработан учеными Харьковской лаборатории Московского научно-исследовательского энергетического института имени Г. М. Кржижановского, представляет собой особый раствор микроскопических частичек магнетита.

Эта жидкость черного цвета ведет себя, кажется, вопреки всем законам природы: в магнитном поле, не подчиняясь силе тяжести, она течет не вниз, а вверх, без механического воздействия образует фонтанчики и даже на глазах шариками повисает в пространстве.

Такие удивительные свойства открыли возможность применения новинки в различных отраслях народного хозяйства. С ее помощью можно, например, сортировать полезные ископаемые, герметизировать узлы различных машин и механизмов, обнаруживать внутренние дефекты в металлических деталях.

Как показали испытания на Самотлорском месторождении, магнитная жидкость способна успешно очищать поверхность водоемов от загрязнения нефтепродуктами.

Жидкие магниты таят в себе еще много пока не открытых возможностей. На их основе предстоит создать принципиально новые эффективные механизмы и технологию.

Сконструированная на заводе установка позволяет изготовлять феррожидкость многими тоннами. На предприятие уже поступили заказы от промышленных и научных организаций страны.

КИПЯЧЕНАЯ ВОДА

Ученые проверяли активность «холодного кипятка» на себе и своих близких. Пили его и отмечали, что улучшается общее самочувствие, повышается работоспособность. Он действовал успокаивающе и на нервную систему. Пользуясь им, многие смогли отказаться от употребления крема после бритья…

Известно, что так называемая талая вода, полученная при плавлении льда, обладает повышенной биологической активностью. Некоторые ученые считали, что по своим физико-химическим свойствам она ближе, чем обычная, стоит к воде в тканях живых организмов и растений. И поэтому лучше усваивается ими.

Цель одного из таких экспериментов состояла в том, чтобы оценить, насколько активно ткани растений поглощают воду. Или, иными словами, с какой скоростью «впитывают» ее. Для этого свежесрезанные листья взвешивали на точных весах и на час опускали в стаканы с разной водой — обычной, талой и, наконец, кипяченой, которую предварительно охлаждали до 20 градусов. Через час листья вынимали, быстро осушали их поверхность фильтровальной бумагой и снова взвешивали.

Кипяченую воду ввели в эксперимент как «антипод» талой. Представьте удивление ученых, когда первые же эксперименты показали: «холодный кипяток» поглощается листьями растений не только лучше обычной, но и лучше талой воды! Свежие листья березы, находившиеся в стакане с ним, к исходу часа стали почти прозрачными от набухания…

Почему так происходит? Чем отличается кипяченая вода от обычной или талой? Как это часто бывает в науке, ответить на подобные вопросы ученым помог случай.

Во время одного эксперимента листья выдерживали сразу в восьми стаканах с разной водой. На лабораторном столе было тесно от стеклянной посуды, зеленых веток и других принадлежностей опыта. Кто-то нечаянно опрокинул один из стаканов. Чтобы не прерывать эксперимент, тут же вскипятили необходимую порцию воды, быстро охладили и заполнили ею стакан. А когда сравнили результаты эксперимента, выяснилось: свежий «кипяток» листья «впитывали» гораздо лучше, чем заранее приготовленную кипяченую воду. Проверили этот результат в серии опытов. И все они подтверждали: с течением времени «холодный кипяток» теряет свою биологическую активность. Почему? Всему виной — контакт с воздухом. В обычной воде растворено немало газов. При кипячении часть из них улетучивается, нарушая равновесие. И кипяченая вода, чтобы восстановить его, поглощает эти газы из воздуха.

Снова эксперименты. Сразу после приготовления часть «холодного кипятка» заливают в герметичные сосуды. Другую часть — для контроля — оставляют в стаканах, открытых для доступа воздуха. Здесь она уже через сутки практически полностью утрачивала биологическую активность. А в закрытых сосудах сохраняла ее в течение 5–7 дней.

Но исследователям и этого показалось мало. Они решают избавить воду от части газов без кипячения — с помощью вакуума. Опыты доказывают: такая вода поглощается тканями растений точно так же, как свежий «холодный кипяток». Наконец, чтобы покончить с сомнениями, вакуумной обработке подвергают воду с разным химическим составом — водопроводную, дистиллированную, минеральную. И снова убеждаются: любая вода, лишившись части газов, в три-четыре раза активнее поглощается тканями растений.

У сахарной свеклы, семена которой были замочены в дегазированной воде, вес корнеплодов увеличился на 30–40 процентов и возросла их сахаристость. Причем лучшие результаты дала вода-90 — нагретая при дегазации до 90 градусов. В опытах с пшеницей влияние дегазированной воды сравнивали с обработкой семян лазерным лучом и электрическим полем коронного разряда. И «живая» вода вышла победителем, дав прибавку урожая около 25 процентов. Но еще весомее была прибавка на огурцах, выращенных в теплице: вместо контрольных 19 килограммов с квадратного метра, семена, замоченные в воде-90, дали урожай в 29,4 килограмма!

Дегазированная вода доказала свою биологическую активность и в других экспериментах — когда ею поливали посевы, опрыскивали кустарники и деревья, поили кроликов, кур, нутрий, овец. Правда, выяснилось, что злоупотреблять «живой» водой не следует. Скажем, при замачивании семян их не следует чрезмерно переувлажнять, а время выдержки для каждого растения должно быть тщательно подобрано. Опрыскивать или поливать посевы нельзя ежедневно, а лишь два-три раза за период вегетации. Наконец, животных надо поить дегазированной водой раз в день или даже раз в два дня перед кормлением…

Наблюдая за животными, получавшими дегазированную воду, ученые все чаще задумывались: а как она будет влиять на организм человека?

Пили «живую» воду один раз в день — по половине стакана утром натощак. Видимо, эта норма близка к оптимальной: при ней частота пульса через час снижалась с семидесяти ударов в минуту до шестидесяти пяти.

А если умываться такой водой?

Очень полезно: кожа становится мягче и эластичней. У одного из ученых от постоянной работы с кислотами и щелочами появилась экзема. Промывания дегазированной водой помогли быстро избавиться от этого недуга.

При обработке такой водой быстрее заживают ушибы и ожоги, различные ранения на коже. При полоскании она хорошо очищает зубы и укрепляет десны. Раньше часто болели ангиной. А после того, как стали регулярно полоскать горло «живой» водой, практически забыли этот недуг…

Исследование свойств «живой воды» ведут ученые Казахского НИИ плодоводства и виноградарства.

ВОДА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Окрестные жители лишь саркастически улыбались, наблюдая за действиями сотрудников Азербайджанского НИИ гидротехники и мелиорации. На первый взгляд ученые все делали правильно: вскопали и засеяли делянки, регулярно поливали их водой. Только делянки были разбиты на засоленных апшеронских почвах, на которых, как известно, и чертополох не хочет расти. А тут на них высадили томаты и баклажаны, привыкшие к плодородным почвам. Да к тому же поливали… соленой каспийской водой.

Но пришло время — и итоги эксперимента удивили не только местных жителей, но и самих ученых. Урожай баклажанов был в два раза выше обычного, томатов—почти в полтора раза. Еще неожиданнее был другой результат — после полива соленой морской водой засоленность почв в верхнем метровом слое… снизилась на 25–30 процентов.

В чем же секрет? Да в том, что губительная для растений морская вода перед поливом проходила обработку в магнитном поле. И хотя химический состав ее оставался прежним, свойства воды разительно изменились.

Десять лет в управлении Саратовгэсстрой Минэнерго СССР бетон замешивают на волжской воде, пропущенной через аппараты магнитной обработки. Благодаря ей прочность повышается на 8—11 процентов, а цемента требуется на 9—12 процентов меньше. За эти годы на омагниченной воде приготовлен 1 миллион 684 тысячи кубометров бетона и сэкономлено свыше 51 тысячи тонн цемента.

Преимущества «омагниченного» бетона решили использовать и в тресте Черноморстрой. Семь лет назад здесь построили из него морской мол. И рядом — для контроля — такой же мол из обычного бетона. Штормовые волны, морская вода и зимняя корка льда за эти годы превратили мол из обычного бетона в груду щебня. А «омагниченный» стоит как ни в чем не бывало.

Сотрудники Ульяновского политехнического института пропустили через магнитное поле приготовленную на воде смазочно-охлаждающую жидкость для металлообрабатывающих станков. За счет этого в 1,5 раза увеличилась производительность алмазного шлифования при обработке деталей даже такого «упорного» материала, как титановые сплавы. Одновременно значительно улучшилось качество обработки. А расход алмазного инструмента снизился на 10 процентов.

Зная, что магнитная обработка воды препятствует образованию, накипи на стенках котлов, ученые и специалисты Азербайджанского научно-исследовательского и проектного института нефтяной промышленности оборудовали магнитными вставками более 90 скважин. И таким образом стали бороться с отложением солей на стенках труб, резко снижавшим производительность. Отпала необходимость часто менять трубы.

Магнитная обработка пришлась «ко двору» и в такой древней отрасли, как виноделие. Консультанты из Государственного НИИ горно-химического сырья помогли специалистам дагестанского производственного объединения Дагагровинпром применить ее для осветления сусла и вина. В результате скорость оседания взвесей в осадок возросла в 2,5 раза и улучшились свойства вина.

Не остались в стороне и медики.

Они уже давно установили, что омагниченная вода благотворно влияет на организм — снижает содержание холестерина в крови и печени, способствует растворению камней в почках и мочевом пузыре, повышает диурез. А недавно сотрудники Сочинского санатория имени В. И. Ленина установили, что омагниченную воду полезно не только пить, но и купаться в ней. Группа больных гипертонией прошла курс лечения, принимая ванны с омагниченной водой. После 10 процедур у большинства пациентов исчезли головные боли и шум в ушах, снизилась утомляемость и боли в области сердца. Почти у всех нормализовался сон. И абсолютно у всех снизилось артериальное давление.

ТЕПЛО ЗЕМЛИ

Стать атрибутом нашей сегодняшней жизни не так просто. Кинематографу, телевидению, радио, магнитофонам это удалось.

А сейчас ученые производственного геологического объединения Аэрогеология внедряют в промышленность новый прибор под названием «тепловизор».

Объектив нацелен на поверхность земли. На экране появляются размытые контуры. Нет, это не съемки в павильоне киностудии — изображение на экране только при большой фантазии напоминает какой-нибудь знакомый предмет. На пленке остаются маршрутные снимки, сделанные с высоты птичьего полета.

Чувствительная аппаратура регистрирует контуры тепловых полей на поверхности земли. Око волшебника, зовущегося тепловизором, заглядывает под верхние слои земной коры — в кладовые полезных ископаемых.

Видеть тепло… Оказывается, это далеко не фантастическое занятие. Температурные аномалии были давно отмечены при разработке газовых и нефтяных месторождений. Исследования последних лет подтвердили наличие подобных аномалий в ряде меднорудных, свинцово-цинковых и других месторождений. Тепловое поле, как бы просачиваясь сквозь земную кору, создает на поверхности не видимые глазом тепловые контуры. Ученые давно обратили внимание на тот факт, что разломы, трещины, зоны поднятий в глубинах земной коры часто являются носителями полезных ископаемых. Значит, возможно решить и обратную задачу — регистрируя тепловые аномалии на поверхности земли, с достаточной степенью точности определить месторождение. Узнать, какие из геологических структур являются тепловыми, а какие — нет, как раз и поможет тепловизор.

Первые опыты показали, что такой метод поиска почти в сто раз эффективнее обычных. В сто раз! Сотни километров, исхоженных поисковыми партиями, годы и десятилетия, отданные любимой профессии… Читая в книгах о романтической профессии геологов-первопроходцев, мы не всегда задумываемся над тем, как тяжело даются им большие и маленькие победы.

Тепловизор держит экзамен.

Методика тепловой съемки хорошо зарекомендовала себя на контрастных объектах Камчатки, таких, как долины гейзеров, кальдеры Узон, потом были Казахстан, Прикаспий, Западная Сибирь, Кавказ. Довольно обширная география. И везде найдены источники геотермальной энергии.

Природа стремится сохранить тайны земных недр. Тепловизор еще не чувствует себя хозяином положения в природных зонах с повышенными температурами, неоднородными почвами. Недоступны ему и мощные пласты вечной мерзлоты. Они своего рода щит, который защищает недра Сибирского края от чуткого ока тепловизора. Вспомним Уренгойское газовое месторождение, которое по праву можно назвать открытием века. А сколько таких будущих открытий хранят недра северной зоны? Но даже и сейчас тепловизор может оказаться полезным в тех краях — для других целей.

Практика строительства газо- и нефтепроводов в условиях Сибири показывает, что не всегда прокладку труб целесообразно вести по кратчайшему пути. Например, в районе Байкало-Амурской магистрали характерны участки островной вечной мерзлоты. «Нарушенные» слои мерзлоты или сдвиг грунта может привести к дорогостоящим авариям. Применение тепловизоров позволит определить характер пластов вечной мерзлоты, спрогнозировать их поведение и прокладывать газопроводы по оптимальному, наиболее безопасному пути.

Интересное открытие сделали геофизики Украины. Они выяснили, что газ метан, сопутствующий нефтеносным месторождениям, просачиваясь из/полукилометровой глубины, способствует образованию на поверхности земли 2—3-метровых бактериально «зараженных» полей, которые несут не только биологическую, но и геологическую информацию. Создавая «помехи» тепловизору, они образуют другие контрастные тепловые поля. Тут на помощь тепловизорам должна прийти электронно-вычислительная техника. Привлечение ЭВМ для обработки результатов исследований в различных природных зонах позволит внести поправки и точнее расшифровать геологическую информацию. Насколько это сложно сделать, можно судить по тому, что температурные аномалии, фиксируемые тепловизором на поверхности земли, редко превышают величины всего-навсего в Г С.

Тепловизор определяет и источники подземных вод. В настоящее время наиболее эффективно можно применять новые приборы для поиска грунтовых вод на небольшой глубине — в местах, где можно строить колодцы для небольших поселений и для пастбищ.

Однако и этим не исчерпываются возможности тепловизоров. Есть предпосылки внедрения тепловизоров в другие отрасли народного хозяйства.

Город, похожий на большой улей, засверкал огнями под крылом самолета. Стюардесса объявила:

«Температура в Москве 15 градусов мороза…» А в Подмосковье холоднее. Как часто мы жалуемся на плохую работу отопительных систем. Но рядовым показателем для блочных домов является тридцатипроцентная утечка тепла! Обогревая атмосферу, «отапливая улицу», мы создаем в городе своеобразный микроклимат. А как выделить среди десятков тысяч разнотипных домов те, которые наиболее расточительно выбрасывают на ветер государственные деньги? Читатель уже догадался: с помощью тепловизоров.

А теплотрассы? Особенно те, которые находятся непосредственно в грунте. Москвичи надолго запомнят лютые морозы зимы 1979 года, когда рвущиеся трубы теплотрасс грозили бедствием. Всего этого можно избежать, осуществляя планомерный контроль за состоянием теплотрасс с помощью тепловизоров.

Приборы смогут служить и для защиты окружающей среды. С их помощью, например, нетрудно определить источники загрязнения водоемов или получить общую картину состояния водного бассейна в крупном городе. Есть идея использования тепловизоров в медицине для определения мест поражения человеческого организма. По аномалии температуры в заболевшем органе (при воспалительных процессах, опухолях и так далее) можно отыскать не только место поражения, но и его контуры.

Тепловизорная техника делает свои первые шаги. Кто из нас не читал «Гиперболоид инженера Гарина»? Фантастическая идея писателя воплотилась в наше время в лазерной технике. И уже никого сегодня не удивить миниатюрными лазерами. Тенденция миниатюризации тепловизоров получает широкое развитие. Например, шведская фирма «АГА-тепловижен» создала целый ряд экспериментальных тепловизоров для инженерно-строительных и медицинских целей.

Создание самого крупного в стране Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса поставило задачу постройки установок тепловизоров малых размеров и в нашей стране. Скажем, роторные экскаваторы, способные вырабатывать до 5 тысяч тонн угля в час, при открытой разработке месторождения часто выходят из строя. Причина — поломка зубьев ковшей о выходы так называемых кремневых конкреций. Отсюда длительные простои и, значит, снижение эффективности подобной техники. Установка же малогабаритного тепловизора на стреле или в кабине экскаваторщика позволит своевременно выявлять и обходить часто встречающиеся при угольных разработках пласты твердых пород — у них иные характеристики теплового излучения…

Сейчас промышленность приступила к серийному выпуску самолетных тепловизоров. Министерство геологии СССР наметило в этой пятилетке план аэросъемок с применением теплови-зорной техники.

Скоро, совсем скоро в обиходе специалистов многих профессий и специальностей привычным станет вопрос:

— Ну что там показывает тепловизор?

ПО СТЕКЛЯННОМУ ПРОВОДУ

Информацию с помощью света люди передавали еще в глубокой древности. Чтобы быстрее сообщить важную новость, они зажигали сигнальные костры, и весть мчалась от селения к селению. С изобретением гелиографа солнечный зайчик преодолевал пространство еще резвее. Со временем на смену свету пришли иные средства обмена информацией — телеграф, телефон, радио. Развивая системы связи, где носителем информации служат излучаемые в пространство или по проводам электромагнитные волны, специалисты подошли к положенному самой природой пределу — тесно стало в эфире.

В сравнении с радиодиапазоном пропускная способность телефонного провода просто ничтожна — всего несколько десятков тысяч герц. Нетрудно определить его возможности, если учесть, что каждый разговор требует своей полосы частот шириной в 4 тысячи герц. Поэтому в кабеле обычно объединяют сотни двухжильных проводов, и тем не менее, чтобы, к примеру, увеличить в крупном городе количество телефонов, приходится вдобавок к имеющимся линиям прокладывать новые и новые. В некоторых случаях дополнительные провода еще удается «втиснуть» в колодцы телефонной канализации. Но сплошь и рядом возникает потребность в создании магистральных и соединительных линий, многочисленных ответвлений с необходимыми инженерными сооружениями. Стоимость же таких сооружений достигает почти 85 процентов общих затрат на строительство телефонной сети.

Не сбросишь со счетов и другое обстоятельство. Кабельная промышленность использует изрядную долю добываемых меди и свинца. А ресурсы этих цветных металлов близки к исчерпанию. Что же дальше? Такой вопрос, впрочем, перед связистами возник уже более десятилетия тому назад. В частности, потому, что дальнейшее расширение диапазона волн для проводной связи резко усложняет аппаратурные комплексы.

Самые совершенные медные кабели не в состоянии обеспечивать быструю и экономичную передачу огромного потока информации, например, телепрограмм. Вот почему ученые вновь обратились к световому лучу — ведь оптический диапазон частот в тысячи раз превышает диапазон, освоенный до сих пор. Так, казалось бы, основательно забытое старое стало областью открытий и обещает переворот в технике связи.

Частотный диапазон оптических электромагнитных колебаний применительно к сегодняшним и будущим потребностям в передаче информации практически неисчерпаем. Кроме того, световые волны сами по себе настолько малы, что световод может быть в десятки раз тоньше привычного телефонного провода, а пропускать информации — в тысячи раз больше. Уже сейчас стеклянный провод с диаметром сердечника всего в десятую долю миллиметра дает возможность, не мешая друг другу, общаться одновременно более 10 тысячам абонентов. Когда промышленность освоит выпуск самого емкого в оптическом спектре широкополосного одномодового волокна толщиной в сотую долю миллиметра, по нему можно будет передавать свыше ста тысяч разговоров. А если из таких волокон сделать кабель?

Светотелефония — очень молодая сфера техники. По существу, начало ей «положило создание оптических квантовых генераторов — ведь для передачи информации здесь нужен и особый источник света. Лазер оказался очень подходящим для этой цели. Квантовый генератор испускает узконаправленный луч, способный переносить информацию практически на любые расстояния.

Вначале инженеры использовали квантовый генератор для организации так называемых открытых линий связи. Опыты проводились так: в одном здании установили лазер, в другом — на значительном удалении — приемник. В хорошую погоду линия действовала надежно. Но едва менялись метеорологические условия или путь лучу преграждал посторонний предмет — возникали сильные помехи. И хотя в ряде случаев подобные открытые линии вполне оправданны и используются, они широкого применения не нашли.

А если заключить луч в полированную трубу — волновод и таким образом избежать влияния внешних помех?

До некоторой степени это удалось. Поток фотонов проходил по волноводу до 120 километров без дополнительного промежуточного усиления. Однако и труба не изолировала его от температурных перепадов наружного воздуха. На криволинейных участках трассы пришлось устраивать сложные и дорогостоящие системы для фокусировки луча.

Пути поиска сошлись в одной точке. Специалисты создали стекловолокно-вые световоды и продолжают их совершенствовать.

Не только разработка, но и производство элементов для волоконно-оптических систем потребовали усилий представителей многих областей знания — физики, химии, оптики, механики. К примеру, мастер самой высокой квалификации не в состоянии управлять изготовлением световода — настолько жесткие требования предъявляются к нему по точности и геометрии. С этим на заводах справляются только ЭВМ. Погрешности при изготовлении соединительных разъемов допускаются столь ничтожные, что их доводка выполняется под микроскопом.

Узел излучателя с полупроводниковым лазером чуть больше наперстка, способные расшифровать закодированную в микрочастице света информацию фотодетекторы, кварцевые световоды тоньше человеческого волоса — вся эта высокоточная техника выпускается сегодня на производственных участках, в экспериментальных лабораториях и становится привычной.

В настоящее время действуют волоконно-оптические линии первого «поколения». Монтируются системы второго «поколения», более совершенные, с повышенной пропускной способностью. Сотрудниками лаборатории перспективных исследований предложен ряд решений по созданию техники третьего «поколения», возможности которой пока еще в полной мере даже трудно представить. Вполне вероятно, что в будущем, набрав определенную комбинацию цифр на аппарате и не выходя из квартиры, абонент сможет по своему выбору посмотреть любую телепрограмму, прочитать хранящуюся в библиотеке книгу, заказать трансляцию спектакля в театре или спортивного матча. Во всех подобных случаях каналом связи между человеком и объектом информации способен стать световод.

Техническая и экономическая целесообразность развития оптических кабельных систем очевидна, хотя их сооружение на первых порах обходится недешево. Но перспективы здесь открываются хорошие. Начать с того, что материалы для километра обычного двухжильного телефонного провода, по которому могут одновременно общаться лишь тридцать абонентов, в десятки раз дороже сырья для изготовления волоконного световода той же длины.

Когда мы разговариваем по телефону, голос нашего собеседника, если он находится на значительном расстоянии, неоднократно усиливается специальными устройствами. Иначе на первых же 2–5 километрах кабеля электрический сигнал ослабляется и вместо речи слышится лишь неясный шум. На ряде линий связи усилители приходится устанавливать через каждые полтора километра. На волоконно-оптических они тоже нужны, но намного реже. Сейчас без регенерации луч света проходит до восьми километров. Исследования показывают: эти участки можно увеличить и до 50–80 километров.

Немаловажны и другие преимущества. «Стеклянные» провода можно укладывать в имеющихся каналах в значительно больших количествах. Никакие внешние помехи не влияют на качество передачи по волоконным световодам. Практически не подвержены они температурным воздействиям: выдерживают любую стужу, способны исправно служить и в раскаленном до 500 градусов состоянии. Пригодны для устройства протяженных магистральных линий на суше и в море, городских телефонных сетей, прокладки коммуникаций в поселках, на предприятиях, судах…

Прозрачные нити световодов, вполне возможно, со временем изменят наши представления о технике передачи информации и предоставят человеку самые разнообразные услуги — от видеотелефона в квартире до чтения свежего выпуска газеты, переданном; подписчику по стеклянному проводу

САМОЕ БОЛЬШОЕ ЧИСЛО?

В повседневной практике, даже при сложнейших вычислениях, редко используются числа больше миллиарда.

Миллиард — реже его называют биллионом — это единица с девятью нулями. Употребляется и триллион — единица с двенадцатью нулями. Наименования еще больших чисел мало известны, да и ради экономии места они обозначаются и произносятся как степень числа 10. Например, десять в двадцать четвертой степени. Но у некоторых чисел-великанов названия есть: 105—квадриллион, 1018—квинтиллион, 1024—секстиллион, 1027—октиллион…

Американский математик Кастнер изобрел «самое большое число» и назвал его «гугол». Это единица со ста нулями! То есть, 10100. Хотя естественный ряд чисел и бесконечен, все же в известной мере гугол — это граница исчисляемого мира.

Дадим простор своему воображению и попытаемся проверить это утверждение. Вычислим площадь Земли в квадратных миллиметрах — можно надеяться, что получится головокружительная величина. Ничего подобного. Площадь земного шара равна 5x1020 квадратных миллиметров.

Если же подсчитаем объем Земли в кубических миллиметрах, то получим чуть большее число — 1030. Но и это слишком мало по сравнению с гуголом. Если предположить, что в одном кубическом миллиметре вместится десять песчинок, и подсчитать их количество в объеме Земли, то получится всего 1031. Иными словами, Земля слишком мала для какого бы то ни было вычисления в масштабах гугола.

Возьмем просторы космоса и попытаемся выразить расстояние между звездами в ангстремах — один ангстрем равен одной десятимиллионной части миллиметра. Обычно межзвездные расстояния измеряют в световых года — это расстояние, которое солнечный луч проходит за год, — приблизительно 9,5 триллиона километров. И если выразить световой год в ангстремах, то получим 1026 ангстрема. И расстояние до самых удаленных галактик не превышает 6х1027 ангстрем.

Предположим, что Вселенная имеет ограниченные размеры (что не доказано) и сопоставим этот самый крупный физический объект, известный людям, с ядром атома — одним из самых малых объектов, изученных физиками. Соотношение между ними составит 1040. Это также не гугол.

А теперь подсчитаем возраст Вселенной. Самое короткое время, которое мы используем в этом вычислении, составляет тот миг, который необходим световому лучу, чтобы пересечь диаметр атомного ядра. Получается, что возраст Вселенной в этих единицах составляет также 1040.

Пересчитаем все атомные частицы, существующие в известной нам Вселенной: протоны, электроны, нейтроны, а также нейтрино и фотоны. Даже в одной пылинке содержится несколько миллиардов элементарных частиц. А во Вселенной их 1088— то есть миллионная миллионной части гугола!

До сих пор мы пользовались только статистическими величинами: длиной, объемом, количеством частиц. Интересно затронуть и динамические величины, например энергию. Энергия, излучаемая всеми звездами во Вселенной, должна быть исключительно велика. Но даже выраженная в микроваттах, она не достигает 1040.

Гугол недостижим, даже если подсчитать, сколько энергии содержится во всем веществе Вселенной.