Его величество эксперимент

эксперимент

С неизвестного нам опыта началась когда-то история человеческого познания. И просто немыслима серьезная теория, в фундамент которой раньше или позже не ложится эксперимент — «его величество Факт». Природа сполна рассчитывается за сознательное пренебрежение опытными данными. Вот почему древнегреческие и древнеримские ученые, преуспев в математике, в физике ушли сравнительно недалеко. Поэтому, говоря о современной физике, важно помнить, что в основе ее лежат два известных опыта.

В конце 19-го века совершенно необоснованная самоуверенность и странное самодовольство поразили многих ученых. В науке выяснено все, говорили они, точно выведены основные, совершенно непогрешимые законы, остались только несущественные доделки, о которых не стоит и говорить. Удивительно ярко проявилась эта успокоенность в речи лорда Кельвина (известного физика В. Томсона), которую он произнес в честь наступления 20-го столетия.

— Здание физики уже построено, — сказал он, — остались мелкие отделочные штрихи. И на горизонте, на ясном и спокойном небосклоне тоже ничего не предвидится. Впрочем, нет,— поправился Кельвин, — два небольших облачка все-таки пока существуют, хотя это только временное явление.

Речь шла о двух опытах, которые пока не могли получить объяснения. Об опыте Майкельсона, доказавшем постоянство скорости света независимо от движения его источника, и о так называемой ультрафиолетовой катастрофе — опыте, в котором рассматривалось тепловое равновесие между нагретым телом и окружающей средой (данные измерений и теории здесь расходились совершенно катастрофически — отсюда и название опыта).

Временным явлением оказались, однако, не облачки, а спокойствие на горизонте. Через удивительно короткий срок два облачка разрослись в тучу. Затрясся сам фундамент понятий, основы классической физики. «Неприступное» сооружение старой науки оказалось лишь небольшой частью огромного (и куда как еще недостроенного) здания современной физики. Из первого «необъясненного» опыта родилась теория относительности, из второго — физика квантов и квантовая механика.

В одном из романов Митчела Уилсона физик старой школы ядовито замечает:
— Если экспериментатор не может поставить любой опыт с помощью обрывков веревки, нескольких палочек, резиновой полоски и собственной слюны, он не стоит даже бумаги, на которой пишет.

Ну что ж, физики действительно начинали с элементарных приборов. — Когда я начинал работать у Резерфорда, — вспоминает Нильс Бор, — самый сложный прибор не превышал размеров коробки от туфель.

Но уже проделывая первые опыты на простейших приборах, физики понимали, что познать законы первооснов материи невозможно без грандиозной экспериментальной техники. Ведь взаимоотношения природы и физика похожи на беседу, в которой природа дает ответ только на правильно поставленный и точно заданный, «понятный» ей вопрос. Большинство физических экспериментов — это исследование взаимодействия элементарных частиц с им подобными кирпичиками материи. Но жители микромира обладают огромными внутренними силами, кирпичики связаны чрезвычайно прочно, и, значит, экспериментатор может понятно беседовать с природой, только пользуясь в опытах языком высоких энергий.

Сначала ученые шли по пути соревнования с молнией, но созданные ими генераторы сверхвысоких напряжений были не в силах достаточно ускорять микроснаряды. В 30-х годах прошлого столетия физики еще только мечтали об ускорении частиц хотя бы до энергии в миллион электронвольт. Человеку, обещавшему ускорение до миллиардов, сказали бы, очевидно, так: «Миллиарды — это прекрасно. Но вы, наверно, еще верите и в остров сирен — страну полуженщин, полурыб? А как насчет людей с песьими головами?». Мечта о больших ускорениях казалась совершенно несбыточной.

Однако вскоре появился циклотрон, разгоняющий частицы до энергий в миллионы электронвольт. А затем стали реальностью и миллиардные числа. Экспериментальная физика сразу же получила возможность проверить некоторые выводы ушедшей за это время вперед теории. Ведь, как очень точно говорил когда-то полулегендарный Парацельс, теория, не подтвержденная опытом — все равно, что святой, не сотворивший чуда.

Так, например, теоретики предсказывали, что существует частица антипротон, для нахождения которой необходима энергия в 5—6 миллиардов электронвольт. И антипротон, открытый сначала на бумаге, вскоре был обнаружен. Открытие новой, предсказанной заранее, частицы явилось сенсацией. Впрочем, ученые шутили, что наибольшей сенсацией было бы отсутствие антипротона.

А величины ускорений все росли и росли. Однако что же дальше? Ускоритель был однажды назван «пушкой, стреляющей по воробьям». В шутке скрыта удивительно точная правда. Чем дальше проникают физики в глубины микромира, чем меньше оказывается «воробей», за которым идет охота, тем крупнее и мощнее должна становиться пушка. Уже сейчас идет разговор о новых законах, которые удастся открыть с ускорителем на тысячу миллиардов электронвольт. Физик Ферми как-то начертил кривую роста энергий ускорителей и длины их магнитов. Получилось, что буквально через несколько лет магниты всех ускорителей опояшут земной шар по меридиану. Помочь тут могут только качественно новые идеи.

А что, если столкнуть предварительно разогнанные частицы? Например, устроить артиллерийскую дуэль двух ускорителей по 20 миллиардов электронвольт каждый? Может быть, это хотя бы удвоит скорость отдельных частиц? Математика, как почти всегда, оказалась сильнее воображения. Из расчетов выяснилось, что скорость при этом соответствовала бы ускорителю на тысячу миллиардов!

Будут сделаны и мощные ускорители многих других типов. Но это мы говорим об основных гигантах-участниках современного опыта, раздвинувших лаборатории ученых до размеров театральных залов и стадионов. А ведь из жерл этих «пушек», спрятанных за толстыми бетонными стенами, частицы поступают в десятки приборов, которыми пользуются физики. Это и туманная камера Вильсона, и пузырьковая камера с различным наполнением, и искровая камера, и десятки счетчиков, и сложнейшая электронная аппаратура. Нет нужды перечислять подробней многочисленные приборы лаборатории. Нам сейчас гораздо важней другое — что же должен представлять собой человек — хозяин и организатор современного опыта? Но об этом уже читайте в нашей следующей статье.

Автор: А. И. Алихманов.

P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что именно благодаря экспериментам в физике мы имеем множество удивительных технических изобретений (те же телефоны sony) и целую индустрию их обслуживания (тот же сервисный центр телефонов sony). А без них мы бы и до сих пор писали друг другу письма при свечах и ездили в каретах.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *