С силой опустив поршень до отказа вниз, мастер вынул его и быстро перевернул цилиндрический сосуд. Блестящий розоватый шар выкатился из сосуда на стол, и, присмотревшись повнимательнее, мистер Томпкинс понял, что розоватый цвет возникал из-за смешения красных и белых вспышек, то и дело проскакивавших между быстро движущимися частицами.
— Как красиво! — воскликнул мистер Томпкинс. — Так вот он какой, атом золота!
— Еще не атом, а только атомное ядро, — поправил его старый мастер. — Чтобы завершить построение атома, необходимо добавить надлежащее количество электронов. Они нейтрализуют положительный заряд ядра и создадут вокруг него обычную электронную оболочку. Впрочем, сделать это не составляет особого труда, так как ядро само захватывает свои электроны, как только те окажутся поблизости.
— Интересно, — заметил мистер Томпкинс. — Мой тесть никогда не упоминал о том, что изготовить золото так просто.
— Ваш тесть и все эти так называемые физики-ядерщики! — воскликнул старый мастер с нотками раздражения в голосе. — Очень уж они важничают, хотя делать умеют очень мало. Они утверждают, будто протоны нельзя сжать в составное ядро, так как для этого потребовалось бы слишком большое давление. Один из них даже подсчитал, что для сближения протонов понадобилось бы приложить силу, равную весу Луны. Так почему бы не достать с неба Луну, если им больше нечего делать?
— Но они все же научились осуществлять некоторые ядерные превращения,
— мягко заметил мистер Томпкинс.
— Да, но с каким трудом даются им эти реакции! А новые элементы они получают в таких ничтожных количествах, что сами же едва могут их рассмотреть! Я сейчас продемонстрирую вам, как они это делают.
И схватив протон, старый мастер что было сил запустил им в ядро атома золота, лежавшее на столе. У самого ядра протон чуть замедлил свое движение, поколебался какой-то момент и затем нырнул внутрь ядра. Поглотив протон, ядро затряслось, словно от озноба, а затем от него с треском откололась небольшая часть.
— Видите, — сказал мастер, подбирая осколок. — Это то, что называется альфа-частицей! Если присмотреться повнимательнее, то видно, что она состоит из двух протонов и двух нейтронов. Такие частицы обычно испускаются тяжелыми ядрами так называемых радиоактивных элементов, но альфа-частицу можно выбить и из обычных стабильных ядер, если стукнуть по ним достаточно сильно. Хочу обратить ваше внимание на то, что оставшийся лежать на столе более крупный осколок уже не является ядром атома золота. Он утратил один положительный заряд, и теперь перед нами ядро атома платины, предыдущего элемента в периодической таблице. Однако в некоторых случаях протон, проникнув в ядро, не приводит к распаду ядра на два осколка. В этом случае вы получите ядро элемента, следующего за золотом в периодической таблице, т. е. ядро ртути. Комбинируя эти и аналогичные процессы, можно превращать любой элемент в любой другой.
— Теперь я понимаю, почему в ядерной физике используют пучки быстрых протонов, разогнанных до высоких энергий на циклотроне, — задумчиво произнес мистер Томпкинс. — А почему вы считаете, что этот метод нехорош?
— Потому что эффективность его очень низка. Прежде всего физики-ядерщики не умеют так точно попадать в ядро, как я: у них с ядром сталкивается лишь одна частица из тысячи. Во-вторых, даже в том случае, если частица попала в ядро, она с большой вероятностью не проникает внутрь ядра, а отскакивает от него. Вы, должно быть, заметили, что когда я запустил протоном в ядро атома золота, протон немного помедлил, прежде чем войти внутрь ядра и я уже было подумал, что протон отскочит назад.
— А что мешает частицам проникать в ядра? — поинтересовался мистер Томпкинс.
— Об этом вы могли бы догадаться и сами, — сказал старый мастер. — Если вы помните, и ядра, и бомбардирующие их протоны несут положительные заряды. Силы отталкивания, действующие между этими зарядами, образуют своего рода барьер, преодолеть который не так-то легко. Если бомбардирующие протоны все же проникают в ядерную крепость, то происходит это только потому, что они используют прием, напоминающий Троянского коня: проходят сквозь ядерные стены, как волны, а не как частицы.
— Боюсь, что это выше моего разумения, — печально заметил мистер Томгасинс. — Из ваших объяснений я не понял ни слова.
— Боюсь, что это так, — сказал резчик с улыбкой. — Сказать вам по правде, я и сам не очень разбираюсь во всем этом. Ведь я мастер. Я могу делать все эти вещи руками, но в теоретической абракадабре я не слишком силен. Главное здесь в том, что поскольку все эти ядерные частицы сделаны из квантового материала, они легко проходят, или просачиваются, сквозь препятствия, которые обычно считаются непроницаемыми.
— О, я кажется понимаю, что вы имеете в виду! — воскликнул мистер Томпкинс. — Помнится, однажды, еще до того, как я встретил Мод, мне довелось побывать в одном странном месте, где бильярдные шары вели себя в точности так, как вы сейчас сказали. — Бильярдные шары? Вы имеете в виду бильярдные шары из слоновой кости? — повторил с горечью старый мастер.
— Да, насколько я знаю, шары были выточены из бивней квантовых слонов,
— ответил мистер Томпкинс.
— Ничего не поделаешь, такова жизнь, — печально сказал старый мастер. — Подумать только, кто-то вырезает какие-то дурацкие шары, расходуя столь драгоценный материал для чьей-то забавы, а мне приходится вырезать протоны и нейтроны, фундаментальнейшие частицы Вселенной, из простого квантового дуба!
— Впрочем, — продолжал он бодрым тоном, чтобы скрыть разочарование, — мои несчастные деревянные игрушки ничуть не уступают всем этим дорогим финтифлюшкам из слоновой кости. Как я сейчас покажу вам, они легко проходят сквозь любой барьер. Взобравшись на стул, мастер достал с верхней полки резную фигурку необычного вида, напоминавшую модель вулкана.
— Вот, не угодно ли взглянуть, — продолжал мастер, осторожно смахивая пыль. — Перед вами модель барьера сил отталкивания, который окружает любое атомное ядро. Внешние склоны соответствуют отталкиванию электрических зарядов, а кратер — силам сцепления, удерживающим частицы внутри ядра. Если толкнуть шарик вверх по склону, но не слишком сильно, чтобы он не достиг края кратера, то вы, естественно, ожидаете, что шарик скатится назад. А вот что происходит на самом деле.

Мастер слегка подтолкнул шарик вверх по склону.
— Не вижу ничего необычного, — заметил мистер Томпкинс, когда шарик, поднявшись примерно до середины склона, скатился назад.
— Не торопитесь, — спокойно сказал мастер. — Не все и не всегда получается с первого раза.
Он еще раз толкнул шарик вверх по склону, и шарик снова скатился вниз. И лишь с третьей попытки шарик, поднявшись примерно до середины склона, внезапно исчез.
— Как вы думаете, где теперь шарик? — торжествующе спросил старый мастер с чувством фокусника, удачно выполнившего трудный трюк.
— Наверное, в кратере? — высказал предположение мистер Томпкинс.
— Вы совершенно правы, именно в кратере, — подтвердил его догадку старый мастер, вынимая шарик из углубления двумя пальцами.
— А теперь попробуем запустить его в обратном направлении, — предложил он мистеру Томпкинсу, — и посмотрим, сможет ли шарик выбраться из кратера, не перекатываясь через край.
В течение какого-то времени ничего не происходило, и мистер Томпкинс мог только слышать погромыхивание шарика, катавшегося то в одну, то в другую сторону внутри кратера. Затем, как по мановению волшебной палочки, шарик вдруг появился на середине склона и тихо скатился на стол.
— То, что вы сейчас видели, может служить хорошей иллюстрацией того, что происходит при радиоактивном альфа-распаде, — сказал резчик, ставя модель на полку, — только там вместо барьера из обычного квантового дуба существует барьер сил отталкивания электрических зарядов. В принципе никакой разницы между моделью и настоящим альфа-распадом нет. Иногда эти электрические барьеры в атомах становятся настолько «прозрачными», что частицы покидают ядра за ничтожную долю секунды. В других случаях ядерные барьеры настолько «непрозрачные», что переход из ядра наружу затягивается на многие миллиарды лет, как например в ядре урана.
— Но почему не все ядра радиоактивны? — поинтересовался мистер Томтпсинс.
— Потому что у большинства ядер дно кратера расположено ниже уровня подошвы вулкана, и только у самых тяжелых из известных ядер дно кратера поднято достаточно высоко для того, чтобы «побег» частицы мог состояться.
Трудно сказать, сколько часов провел мистер Томтпсинс в мастерской у милого старого мастера, с готовностью делившегося с ним своими познаниями на любую тему, которую они затрагивали в беседе. Мастер показал мистеру Томпкинсу множество необычных вещей, в том числе тщательно закрытую, но, по-видимому, пустую шкатулку с надписью «НЕЙТРИНО. Обращаться с осторожностью ».
— Там внутри что-нибудь есть? — с любопытством спросил мистер Томпкинс, встряхивая шкатулку у самого уха.
— Не знаю, — признался старый мастер. — Одни говорят, что есть, другие, что нет. Но внутри шкатулки вы все равно ничего не увидите. Эту занятную шкатулку подарил мне один приятель, физик-теоретик, и, по правде говоря, я не знаю, что с ней делать. Лучше всего пока оставить ее в покое.
Продолжая осматривать мастерскую, мистер Томпкинс увидел на верстаке покрытую пылью старинную скрипку. Она казалась такой старой, словно ее изготовил дедушка Страдивари.
— Вы играете на скрипке? — повернулся к резчику мистер Томпкинс.
— Только гамма-мелодии, — ответил старый мастер. — Это квантовая скрипка, и ничего другого на ней исполнить нельзя. Когда-то у меня была квантовая виолончель. На ней можно было исполнять мелодии в оптическом диапазоне, но кто-то попросил ее у меня поиграть, да так и не удосужился вернуть.

— Сыграйте мне, пожалуйста, какую-нибудь гамма-мелодию, — попросил мистер Томпкинс. — Мне не приходилось слышать такие мелодии прежде.
— Я сыграю вам «Нуклеат в тональности Th С диез», — сказал старый мастер, беря скрипку, — но приготовьтесь, это очень печальная мелодия.
Музыка, действительно, звучала очень странно. Ничего похожего мистеру Томпкинсу слышать не приходилось. Мелодия напоминала неумолчный шум морских волн, накатывающихся на песчаный берег. Время от времени шум прибоя прерывал резкий звук, напоминавший свист пролетевшей мимо пули. Мистер Томпкинс не был завзятым меломаном, но исполняемая мастером мелодия зачаровала и сковала его. Он потянулся, устроился поудобнее в старом кресле и закрыл глаза…
Глава 14
Дыры в пустоте
Леди и джентльмены!
Сегодня я прошу вас быть особенно внимательными, поскольку проблемы, о которых пойдет речь в моей лекции, столь же трудны, сколь и увлекательны. Я намереваюсь рассказать вам о новых частицах, известных под названием позитроны и обладающих более чем необычными свойствами. Весьма поучительно, что существование этой новой разновидности частиц было предсказано на основе чисто теоретических соображений за несколько лет до того, как они были обнаружены экспериментально, открытию позитронов в значительной мере способствовало теоретическое предсказание их основных свойств.
Честь сделать эти предсказания принадлежит британскому физику Полю Дираку, о котором вам уже приходилось слышать. К своим заключениям Дирак пришел на основе теоретических соображений, столь необычных и фантастических, что большинство физиков долгое время отказывалось верить в них. Основную идею теории Дирака можно сформулировать в следующих простых словах: «В пустом пространстве должны быть дыры». Я вижу, вы удивлены. Не менее вас были удивлены и физики, когда Дирак впервые произнес эти слова. Как могут быть дыры в пустом пространстве? Есть ли в подобном утверждении какой-нибудь смысл? Оказывается, есть, если вспомнить, что так называемое пустое пространство в действительности не так пусто, как нам кажется. В самом деле, основным исходным пунктом теории Дирака служит предположение о том, что так называемое пустое пространство , или вакуум, в действительности плотно заполнено бесконечно многими электронами (обычными отрицательно заряженными электронами), упакованными весьма правильно и равномерно . Нет необходимости говорить о том, что эта старая гипотеза пришла Дираку в голову не просто как игра фантазии. К принятию ее Дирака вынудил целый ряд соображений, связанных с теорией обычных отрицательно заряженных электронов. Эта теория приводит к неизбежному заключению о том, что помимо квантовых состояний движения в атоме существует также бесконечно много особых отрицательных квантовых состояний , принадлежащих чистому вакууму и что электроны, если ничто не мешает им переходить в эти «более удобные» состояния движения, покинут свои атомы и, так сказать, растворятся в пустом пространстве. Более того, поскольку существует только один способ воспрепятствовать электрону переходить, куда ему заблагорассудится, а именно занять то состояние, в которое собирается переходить электрон, другим электроном (вспомните принцип Паули!), все состояния в вакууме должны быть заполнены бесконечно многими электронами, равномерно распределенными по всему пространству.
Боюсь, что мои слова звучат для вас, как своего рода научная абракадабра и что голова у вас от всего этого вдет кругом. Должен заметить, что предмет моей лекции сегодня особенно труден, но я надеюсь, что если вы будете внимательно слушать меня, то в конце концов вам удастся составить определенное представление о характере теории Дирака.
Но вернемся к теме лекции. Так или иначе Дирак пришел к заключению о том, что пустое пространство до отказа заполнено электронами, распределенными равномерно, но с бесконечно большой плотностью. Как могло случиться, что мы вообще не замечаем столь густого скопления электронов и рассматриваем вакуум как абсолютное пространство?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25