Неизбежность странного мира

8

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

9

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Глава вторая

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

1

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

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

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

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

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

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

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

Откуда же он берется?

2

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

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

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

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

И вот что еще приходит в голову. Рекламе нужно завоевывать сердца обыкновенных людей всего мира. Так, значит, издатели занятной подсказки для спорщиков были уверены, что сегодня в любом уголке земного шара, в портовом кабачке или в придорожной таверне, запросто может возникнуть спор: «А какой ускоритель самый большой на земле?»[1]

Вот это действительно достойно внимания!

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

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

3

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

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

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

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

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

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

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

И вот — ускоритель.

4

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

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

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

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

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

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

5

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

6

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

7

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

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

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

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

Восемь километров в секунду? Какие пустяки!

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

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

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

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

8