Його величність експеримент

експеримент

З невідомого нам досвіду почалась колись історія людського пізнання. І просто немислима серйозна теорія, в фундамент якої раніше чи пізніше не лягає експеримент – «його величність Факт». Природа сповна розраховується за свідоме нехтування досвідченими даними. Ось чому давньогрецькі і давньоримські вчені, досягнувши успіху в математиці, у фізиці пішли порівняно недалеко. Тому, говорячи про сучасну фізику, важливо пам’ятати, що в основі її лежать два відомих досліди.

В кінці 19-го століття абсолютно необґрунтована самовпевненість і дивне самовдоволення вразили багатьох вчених. У науці з’ясовано все, говорили вони, точно виведені основні, абсолютно непогрішні закони, залишилися тільки несуттєві доробки, про які не варто і говорити. Дивно яскраво проявилася ця заспокоєність в промові лорда Кельвіна (відомого фізика В. Томсона), яку він виголосив на честь настання 20-го сторіччя.

- Будівля фізики вже побудована, – сказав він, – залишилися дрібні оздоблювальні штрихи. І на горизонті, на ясному й спокійному небосхилі теж нічого не передбачається. Втім, ні, – поправився Кельвін, – дві невеликих хмарки все-таки поки існують, хоча це тільки тимчасове явище.

Йшлося про два досліди, які поки не могли отримати пояснення. Про дослід Майкельсона, що доводив сталість швидкості світла незалежно від руху його джерела, і про так звану ультрафіолетову катастрофу – дослід, в якому розглядалася теплова рівновага між нагрітим тілом і навколишнім середовищем (дані вимірювань і теорії тут розходилися абсолютно катастрофічно – звідси і назва досліду).

Тимчасовим явищем виявилися, однак, не хмаринки, а спокій на горизонті. Через надзвичайно короткий термін дві хмарки розрослися в хмару. Затрусився сам фундамент понять, основи класичної фізики. «Неприступна» споруда старої науки виявилася лише невеликою частиною величезної (і куди як ще недобудованої) будівлі сучасної фізики. З першого «непоясненого» досліду народилася теорія відносності, з другого – фізика квантів і квантова механіка.

В одному з романів Мітчела Вілсона фізик старої школи їдко зауважує:
- Якщо експериментатор не може поставити будь-який дослід за допомогою обривків мотузки, декількох паличок, гумової смужки і власної слини, він не вартий навіть паперу, на якому пише.

Ну що ж, фізики дійсно починали з елементарних приборів. – Коли я починав працювати у Резерфорда, – згадує Нільс Бор, – найскладніший прилад не перевищував розмірів коробки від туфель.

Але вже проробляючи перші досліди на найпростіших приладах, фізики розуміли, що пізнати закони першооснов матерії неможливо без грандіозної експериментальної техніки. Адже взаємини природи і фізика схожі на бесіду, в якій природа дає відповідь тільки на правильно поставлене і точно задане, «зрозуміле» їй питання. Більшість фізичних експериментів – це дослідження взаємодії елементарних часток з ними подібними цеглинками матерії. Але жителі мікросвіту володіють величезними внутрішніми силами, цеглинки пов’язані надзвичайно міцно, і, значить, експериментатор може зрозуміло розмовляти з природою, тільки користуючись в дослідах мовою високих енергій.

Спочатку вчені йшли шляхом змагання з блискавкою, але створені ними генератори надвисоких напруг були не в силах достатньо прискорювати мікроснаряди. У 30-х роках минулого століття фізики ще тільки мріяли про прискорення частинок хоча б до енергії в мільйон електрон-вольт. Людині, яка обіцяла прискорення до мільярдів, сказали б, очевидно, так: «Мільярди – це прекрасно. Але ви, напевно, ще вірите і в острів сирен – країну напівжінок, напівриб? А як щодо людей з собачими головами?». Мрія про великі прискорення здавалася зовсім нездійсненною.

Однак незабаром з’явився циклотрон, що розганяє частки до енергій в мільйони електрон-вольт. А потім стали реальністю і мільярдні числа. Експериментальна фізика відразу ж отримала можливість перевірити деякі висновки, вона пішла за цей час вперед теорії. Адже, як дуже точно казав колись напівлегендарний Парацельс, теорія, не підтверджена дослідом – все одно, що святий, який не створив дива.

Так, наприклад, теоретики пророкували, що існує частинка Антипротон, для знаходження якої необхідна енергія в 5-6 мільярдів електронвольт. І Антипротон, відкритий спочатку на папері, незабаром був виявлений. Відкриття нової, передбаченої заздалегідь, частинки стало сенсацією. Втім, вчені жартували, що найбільшою сенсацією було б відсутність антипротона.

А величини прискорень все росли і росли. Однак що ж далі? Прискорювач був одного разу названий «гарматою, що стріляє по горобцях». У жарті прихована надзвичайно точна правда. Чим далі проникають фізики в глибини мікросвіту, чим менше виявляється «горобець», за яким йде полювання, тим більшою і потужнішою повинна ставати гармата. Вже зараз йде розмова про нові закони, які вдасться відкрити з прискорювачем на тисячу мільярдів електрон-вольт. Фізик Фермі якось накреслив криву зростання енергій прискорювачів і довжини їх магнітів. Вийшло, що буквально через кілька років магніти всіх прискорювачів опережуть земну кулю по меридіану. Допомогти тут можуть тільки якісно нові ідеї.

А що, якщо зіштовхнути попередньо розігнані частки? Наприклад, влаштувати артилерійську дуель двох прискорювачів по 20 мільярдів електрон-вольт кожен? Може бути, це хоча б подвоїть швидкість окремих частинок? Математика, як майже завжди, виявилася сильнішою уяви. З розрахунків з’ясувалося, що швидкість при цьому відповідала б прискорювачу на тисячу мільярдів!

Будуть зроблені і потужні прискорювачі багатьох інших типів. Але це ми говоримо про основні гіганти-учасники сучасного досліду, що розсуває лабораторії вчених до розмірів театральних залів і стадіонів. А адже з жерл цих «гармат», захованих за товстими бетонними стінами, частки надходять в десятки приладів, якими користуються фізики. Це і туманна камера Вільсона, і бульбашкова камера з різним наповненням, і іскрова камера, і десятки лічильників, і складна електронна апаратура. Немає потреби перераховувати детальніше численні прилади лабораторії. Нам зараз набагато важливіше інше – що ж повинен являти собою чоловік – господар і організатор сучасного досліду? Але про це вже читайте в нашій наступній статті.

Автор: А. І. Аліхманов.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что на экспериментах стоит не только физика, но и вообще всякое обучение. Пускай это даже будет платное обучение для программистов и веб дизайнеров (например, от студии WebForMySelf.com – http://webformyself.com/minikurs/joomlafree/), ведь даже в программировании, а тем более творческом деле сайтостроения эксперименты играют очень значительную роль.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *