В Америке работа над лазерами идет, можно сказать, в трех направлениях. Есть ученые, которым дороги лишь научные результаты прогресса квантовой электроники. Других воодушевляет мысль получить сверхмощное оружие. А третьих, и таких немало, заботит денежная сторона дела.
Один эксперт из их числа сказал озабоченно: «Все эти идеи фантастичны. Многие окажутся неосуществимыми, но если вы осуществите хотя бы одну из них, то получите крупный куш».
Все эти тенденции проявились даже при толковании слова «мазер» (maser). Когда-то это название сложилось из первых букв длинной фразы, передающей сущность новых приборов (Microwase Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Теперь это слово получило в американских научных кругах несколько вольных интерпретаций. Вот некоторые из них: «Военные применения кажутся крайне отдаленными» (Military Application Seem Extremely Remote); «больше ученых-прикладников едят регулярно» (More Applied Scientists Eat Regularly); «способ выколачивания денег для дорогих исследований» (Money Acquirion Scheme for Expensive Research); «средство получения поддержки для дорогих исследований» (Means of Acquisition Support for Expensive Research)».
Выигрывают все
В нашей стране новые источники света будут применяться очень широко. И не только для поддержания спутников на орбите.
Сконцентрировав пучок света лазера в точку диаметром в доли микрона, можно получить колоссальное давление световых волн в сотни тысяч атмосфер. И уже сегодня такой пучок за миллионную долю секунды пробивает отверстие в стальной пластине толщиной в несколько миллиметров. Это превосходный инструмент для точной, почти ювелирной обработки металлов. Световая игла, раскаленная до чудовищной температуры и развивающая миллионное давление, – да ведь это пока единственный возможный инструмент для обработки жаростойких материалов.
Ученые не могут даже предвидеть все открывающиеся возможности применения такого инструмента. Достаточно сказать, что два пересекающихся пучка света такой плотности непременно начнут взаимодействовать между собой. Но как? На это ответить пока нельзя. Это явление, результаты которого полностью не изучены даже теоретически.
Особенно перспективно применение источников и усилителей видимого света для сверхдальних космических связей, где основное – это получение узких пучков. Только таким путем можно будет поддерживать связь на тех расстояниях, где радиоволны уже непригодны.
Для связи в земных условиях видимый свет не подходит, так как сильно поглощается атмосферой, особенно при неблагоприятной погоде. Здесь будут применяться инфракрасные волны, часть которых хорошо проникает через туман и дождь. Линии связи, работающие на инфракрасных волнах, могут одновременно передавать до 100 тысяч телевизионных программ или многие миллионы телефонных разговоров.
Усилители света и инфракрасных волн нужны и астрономам. Для того чтобы обнаружить чрезвычайно далекие, невидимые глазу звезды и туманности, астрономы должны часами фотографировать небо через огромные телескопы. Дальнейшее увеличение размеров телескопов и чувствительности фотопластинок наталкивается на такие трудности, что на этом пути нельзя рассчитывать на быстрый прогресс. Новые усилители позволят изучать еще более удаленные миры при помощи меньших телескопов и с гораздо меньшими экспозициями. Взгляд человека проникает все дальше в недра вселенной. И еще глубже в недра вещества, так как уже созданы инфракрасные микроскопы, дающие возможность заглянуть внутрь многих тел, непрозрачных для обычного света.
Лазеры смогут ощупать дно морей и океанов, смогут осуществить связь под водой (ведь радиоволны не распространяются в воде).
Генераторы света открывают широкую дорогу прогрессу во многих областях техники и промышленности. Например, они намечают заманчивые пути управления химическими реакциями. При помощи достаточно мощных пучков электромагнитных волн подходящей частоты можно возбуждать сильные колебания определенных молекул, не воздействуя при этом на другие. Так как возбуждение увеличивает химическую активность, то молекулы, получившие дополнительную энергию от световых волн, могут вступать в реакции, не идущие при обычных условиях. Таким путем можно в сложных многокомпонентных смесях вызывать желательные реакции, и управлять их течением, и в результате получать новые химические соединения.
Рождение лазеров дало толчок многим идеям. Уже разрабатываются проекты применения сверхинтенсивных пучков света для стимулирования термоядерных реакций, для ускорения элементарных частиц до сверхвысоких энергий. Энергий, не достижимых при помощи современных крупнейших ускорителей. Есть и другие замечательные проекты. Но осуществление их – пока дело будущего. Ученым предстоит преодолеть еще много преград для реализации этих возможностей.
Над созданием и применением квантовых приборов работают тысячи ученых в сотнях лабораторий. Главную роль в этих работах сыграли Басов, Прохоров и Таунс. Их деятельность достойно оценила Шведская академия наук, присудив им Нобелевскую премию 1964 года.
Как дальше пойдет научная эстафета? Кто будет первым? В этом соревновании не будет побежденных. Гарин был не прав – выиграют все!
Где искать антивещество?
И вот мы в мире,
исполненном умопостижимой красоты.
Никола МАЛЬБРАНШ
Мир в зеркале
Их было несколько, молодых физиков, – слава и надежда итальянской науки, которых фашизм раскидал по свету. Самый старший, знаменитый Энрико Ферми, «папа» Ферми, уехал в Америку и все силы отдал созданию первого атомного реактора и первой атомной бомбы. Самый младший...
«Со времени исчезновения семьи Понтекорво прошло теперь уже больше трех лет. Никто от них не получал ни слова. Никто их не видел. Родные их уверяют, что им ничего о них не известно... И подумать только, что все это происходит в двадцатом столетии!» – писала в 1958 году Лаура Ферми о самом младшем – о талантливом красивом Бруно Понтекорво, любителе спорта, блестящем физике.
Итальянские ученые-эмигранты уверяют теперь, что знали о нем все, кроме того, что он и его жена шведка Марианна Нордблом – коммунисты. Поэтому они не могли понять, зачем их веселый и, казалось, всегда беззаботный друг в 1955 году уехал в Советский Союз.
А Понтекорво между тем не делал секрета из своих политических убеждений. Он не скрывал, что с 1936 года был антифашистом, что хочет работать над мирным использованием атомной энергии.
После этих событий прошло много лет. Под Москвой, в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, трудится замечательный коллектив физиков многих национальностей. Среди них – Бруно Понтекорво, чей талант расцвел во всем его великолепии. Итальянский ученый – действительный член Академии наук СССР, автор многих выдающихся научных работ.
И одна из самых своеобразных среди них, одна из тех, в которых сочетаются опыт зрелого ума и вдохновение художника, разум и воображение, – гипотеза, по-новому осветившая загадочную историю мира и антимира.
В построение этой гипотезы внес вклад доктор физико-математических наук Я.А. Смородинекий и другие советские и зарубежные ученые.
...Симметрия мира – одно из самых впечатляющих представлений современной науки. Движение вправо и влево, вверх и вниз; левое и правое вращение винта, положительное и отрицательное... Каждое понятие в нашем мире имеет свою противоположность.
Идея о том, что левое и правое равноправны, что симметрия между левым и правым есть то же самое, что симметрия относительно зеркальных отражений (ведь при отражении в зеркале правая рука превращается в левую), эта идея восходит еще к Лейбницу. С тех пор ученые убеждены, что физические законы не отдают предпочтения ни левому, ни правому. Симметрия пространственных отражений говорит о том, что если существует некоторая частица, то обязательно должна существовать и частица, получаемая зеркальным отражением исходной. Если осуществляется некоторый процесс, то процесс, соответствующий его отражению в зеркале, также должен быть физически возможным.
Правда, если обратиться к биологии, можно найти видимое противоречие. Ведь у подавляющего большинства людей сердце находится слева! И все-таки этот пример не опровергает принципа зеркальной симметрии. Ведь встречаются же люди, у которых сердце расположено справа! Можно, конечно, возразить, что таких людей очень мало. Но это, уверяют биологи, объясняется простой случайностью. Это не нарушение фундаментального закона природы, а следствие сложившихся условий.
Итак, не удивительно, что люди пришли к убеждению, что все в мире симметрично.
И не только в мире, нас окружающем, но и во всей вселенной. (В связи с этим некоторые ученые даже начали ломать себе голову над таким вопросом: когда будет установлена радиосвязь с жителями далеких планет, как сообщить им, какой винт мы считаем правым, а какой левым? Нет буквально ни одного опыта, в котором бы выявилось объективное преимущество левого перед правым и правого перед левым.)
Но в мире элементарных частиц в этом отношении царила полная анархия. Мир крошечных сгустков материи долгое время обходился без симметрии. В нем властвовали только частицы. Почему? Существуют ли зеркальные отображения электронов, протонов и нейтронов? И могут ли, должны ли они существовать?
Пытаясь ответить на эти вопросы, ученые, сами того не подозревая, расшатывали прочное здание установившихся в науке принципов.
Как, что и почему
Старая поговорка «о вкусах не спорят» относится не только к гастрономическим интересам, к области искусства или вопросам моды. Она с равным успехом управляет трудами ученых. Многие исследователи считают целью своей жизни открытие новых фактов. Их беспокоят главным образом два вопроса: как и что. Они спрашивают, например, как устроен атом, и, установив, что вокруг положительно заряженного атомного ядра вращаются электроны, считают свою задачу выполненной. В дальнейшем «как» и «что» заставляют их поинтересоваться тем, что входит в состав атомного ядра и как удерживаются в нем его составные части.
Но есть и другой тип ученых. Для них главным является вопрос «почему», и они не могут успокоиться, не выяснив, в силу каких причин атомное ядро всегда положительно, а электрон имеет отрицательный заряд. История науки свидетельствует, что попытки ответить на вопрос «почему» часто приводят к радикальной ломке установившихся взглядов, к настоящей революции идей. Это и случилось на подступах к антимиру.
Один из создателей квантовой механики, Дирак, пытался объединить ее с теорией относительности. Разработав теорию электрона, он пришел к абсурдному выводу о том, что электрон может иметь отрицательную энергию, то есть что он в некоторых случаях должен двигаться навстречу действующей на него силе.
Для того чтобы не вступать в противоречие с законом сохранения энергии, Дираку пришлось ввести в теорию новую элементарную частицу, по всем свойствам совпадающую с электроном, но имеющую положительный заряд.
В течение нескольких лет новая частица, родившаяся из уравнений, тревожила умы физиков и вызывала жаркие споры. Действительно, почему электрон имеет отрицательный заряд? Почему не может существовать положительный электрон-позитрон?
И наконец, в 1932 году Андерсон, изучая следы космических частиц на фотопластинках, увидел на одной из них два следа. Эти следы выходили из одной точки и были совершенно одинаковы, за исключением того, что один изгибался по направлению движения часовой стрелки, а другой в противоположном направлении. Один из следов, несомненно, принадлежал электрону. А другой? Другой мог быть только следом позитрона. Так впервые был обнаружен факт рождения частицы и античастицы – электрона и позитрона.
Это был потрясающий факт. До тех пор элементарные частицы считались вечными, а число их в мире неизменным. Теперь же оказалось, что элементарные частицы могут рождаться и умирать. Их рождение и гибель подчиняются строгим законам. При подходящих условиях квант света может превратиться в пару электрон – позитрон, а пара этих частиц может исчезнуть, превратившись в квант света.
Неравноправное равноправие
Дальнейшее развитие физики заставило ввести в теорию новые античастицы, например антипротон, – частицу, совершенно аналогичную протону, но имеющую отрицательный заряд. Через несколько лет и эта частица была найдена при помощи мощного ускорителя. Вслед за этим для уточнения теории понадобилась новая частица – антинейтрон, частица нейтральная, отличающаяся от нейтрона противоположными магнитными свойствами.
Бурное развитие физики привело к открытию еще целого ряда новых античастиц, и, наконец, был обнаружен общий закон, определяющий существование античастиц.
Казалось, все пришло в порядок. Для каждой частицы, если этого требовала теория, была найдена соответствующая античастица. Но каждый ответ порождает новый вопрос: почему же известные нам тела состоят из обычных частиц, почему мы не встречаем антиатомов, состоящих из антипротонов, антинейтронов и позитронов? Если реально существует вещество и антивещество, то почему же вокруг нас мы всегда находим только вещество? Естественно, возникает недоумение, почему все в нашей Галактике – и звезды и межзвездное вещество – состоит только из частиц?
Где же антивещество, где антимир? И хотя современная физика считает, что частицы и античастицы совершенно равноправны, ответа на этот вопрос она пока не дает.
Здесь ученые заходят в тупик. Существование антивещества очевидно, но что же можно сказать об антимире? Может быть, антимир находится где-то за пределами видимости и он отличается от нашего мира тем же, чем отличается изображение человека в зеркале от него самого? Существует ли на самом деле потрясающий воображение сказочный «мир наоборот», мир, состоящий из антиводорода и других антиэлементов? Есть ли где-нибудь удивительные антигорода, в которых милиционеры не штрафуют за левое движение транспорта, но не потому, что там, как в Англии, принято такое направление движения, а потому, что жители антимира считают правым то, что у нас считается левым? Так ли все это – проверить пока невозможно. Известно лишь, что при встрече частицы и античастицы обе они исчезают, превращаясь в другой вид материи. Поэтому-то в нашем мире, насыщенном обычными частицами, античастицы не могут жить долго.
Как это происходит, ученые поняли. Но почему? Вопрос, почему наш мир не симметричен, почему вещество в нем преобладает над антивеществом, до сих пор остается открытым. До сих пор никто из ученых так и не знает, почему имеется такое несоответствие в количестве материи и антиматерии в нашей вселенной...