Беседы о рентгеновских лучах

Период "штурм унд дранг" ("буря и натиск"), начавшийся в физике еще при жизни В. Рентгена, ознаменовался фейерверком "безумных идей". Одна из них сформулирована в том же 1923 году французским ученым Л. де Бройлем, тогда еще молодым диссертантом.

Принята она была, по свидетельству самого автора, "сначала с удивлением, к которому, несомненно, примешивалась какая-то доля скептицизма". "Идеи диссертанта, конечно, вздорны, - честно признавался его научный руководитель П. Ланжевен, - но развиты с таким изяществом и блеском, что я принял диссертацию к защите".

Речь идет об общепризнанном ныне факте. О знаменитом дебройлевском дуализме, единстве противоположных на первый взгляд свойств корпускулярности и волнообразности- Вроде бы и впрямь "две вещи несовместные", они тем не менее мирно сосуществуют рядом. Особенно заметно это парадоксальное сочетание в микромире.

За иллюстрациями ходить недалеко. Достаточно взять нынешние энциклопедии. В статьях о дифракции там нередко сопоставляют два очень похожих, хотя и весьма различных, снимка. На каждом - геометрически правильный узор из светлых и темных пятен, полученный на фотоэмульсии при просвечивании кристалла.

В одном случае - пучков электронов, в другом - рентгеновских лучей.

Словом, мельчайшие крупицы материи могут вести себя подобно минимальным порциям энергии, корпускулы - подобно квантам, иначе говоря, вещество подобно радиации. И наоборот.

Сегодня это нечто само собой разумеющееся, а тогда установление такой двойственности произвело эффект разорвавшейся бомбы. То было "наиболее драматическое событие в современной микрофизике", как аттестовал его сам Л. де Бройль. Интересно, что к своей теоретической догадке он пришел, наблюдая за экспериментами с икс-лучами, которыми много лет подряд занимался его старший брат в парижской лаборатории.

Есть ли тут связь с открытием В. Рентгена? Очевидно, самая прямая.

По формуле, выведенной Л. де Бройлем, получается:

длины волн, которые приписываются электронам, примерно те же, что и у рентгеновской радиации. Как выяснилось, так оно и есть в действительности. Плод воображения, взращенный в кабинетной тиши, оказался надежным результатом науки, проверенным во многих лабораториях, вошел в золотой фонд физики.

То-то, верно, изумился бы мюнхенский гонитель электронов, узнав, что они дважды сродни таинственным невидимкам, которым он сам дал, так сказать, путевку в жизнь- Во-первых, как молочные братья: одни - частицы-волны, другие - волны-частицы (притом с весьма близкой характеристикой, длиной волны).

Во-вторых, как... отцы и дети. Да, именно "атомами электричества" порождаются икс-лучи и внутри рентгеновских трубок, и около рентгеновских звезд.

Впрочем, тогдашний "штурм унддранг" с его фейерверком "безумных идей" мог потрясти кого угодно.

"Современному физику порою кажется, что почва ускользает из-под ног и потеряна всякая опора, - свидетельствовал в 20-е годы С. Вавилов, будущий президент Академии наук СССР. - Головокружительное ощущение, испытываемое при этом, схоже с тем, которое пришлось пережить астроному-староверу времен Коперника, пытавшемуся постичь неподвижность движущегося небесного свода и Солнца. Но это неприятное ощущение обманчиво, почва тверда под ногами физика, потому что эта почва - факты".

Проницательная оценка! Она актуальна и сегодня.

И разве не поучительна для потомков психологическая драма В. Рентгена? В науке он был одним из великих революционеров, но и одним из великих староверов.

Известная "старомодность", или, если угодно, консервативность, взглядов, проявленная В. Рентгеном, была присуща, конечно, не только ему одному. Вспомнить хотя бы П. Ланжевена, его позицию в истории с дебройлевской диссертацией. Тот, однако, не наложил запрет на "еретическую" идею, причем еще более "безумную", "фантазерскую", чем та, которую подверг остракизму В. Рентген в своем институте.

Открыв икс-лучи, Рентген изучил их добросовестнейшим образом. Настолько тщательно, что после него долго, не один год, нечего было ни прибавить, ни убавить. Установил, например, что они не отклоняются ни в магнитном, ни в каком-либо ином поле. Проникают сквозь самую плотную твердь, а если задерживаются полностью, то разве лишь солидной свинцовой броней. И вдруг, представьте (нечто неслыханное):

они могут отклоняться и, более того, удерживаться, как в ловушке, гравитационным полем!

Да полноте, как же так? Они ведь нечто невесомое!

Добро бы речь шла о частицах. Скажем, об электроне, чья масса ничтожна (10^-27 грамма), но все-таки она налицо. А у кванта ее вроде бы нет - чему ж тут притягиваться-то?

Обратимся к Его Величеству Опыту, пусть рассудит, что есть истина.

В 1917 году английский физик А. Эддингтон выдвинул оригинальное предложение, как проверить экспериментально общую теорию относительности А. Эйнштейна. Из нее следует, что световой луч, этот символ прямизны, не может не искривляться под действием тяготения. Скажем, скользя по касательной над поверхностью Земли, он должен отклониться от первоначального направления на 10 метров за секунду. Правда, за ту же секунду он пробежит 300 тысяч километров, и столь малое изменение практически не уловить. Иное дело, если он проходит вблизи Солнца, которое гораздо массивнее. Там изгиб в десятки раз больше. И может быть замечен с Земли. Как?

Очень просто: надо лишь сфотографировать одну и ту же звезду дважды когда наше светило почти касается ее своим краем и когда оно далеко от нее. Конечно, ее не снимешь белым днем, в обычных условиях.

Зато, когда Солнце закрыто от нас Луной, наступают сумерки, и звезды хорошо видны на небесах.

А- Эддингтон организовал экспедиции в районы полного затмения, которое наблюдалось 29 мая 1919 года, на остров Принчипе (Гвинейский залив) и в местечко Собраль (Бразилия). Не обошлось без приключений и незадач, но хорошо все, что хорошо кончается: теоретический вывод получил блестящее экспериментальное подтверждение.

Оказывается, можно видеть из-за угла! Гравитация изогнет лучи от загороженного источника и направит их нам в глаза. Очевидно, это относится и к незримой электромагнитной радиации: у нее ведь та же природа.

- Да, но одно дело свернуть с прямого пути и совсем другое - попасть в некую гравитационную ловушку, из которой вообще нет выхода. Может ли такое случиться с излучением, тем более столь жестким, всепроникающим, как рентгеновское?

- Представьте такую ситуацию: его узкий пучок настолько искривлен встречными звездами, что согнут, как говорится, в бараний рог. Можно ли вырваться из замкнутого круга? А теперь вообразите столь массивный икс-объект, что он не выпускает из своих гравитационных объятий ни единую крупицу материи. Если же он пленил частицы (они же волны), то почему не может пленить и волны (они же частицы)?

Как сказал В. Маяковский, "ведь еели звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно"? Речь пойдет именно о них, с той лишь разницей, что их не только зажигают, но еще и гасят. Разумеется, в воображении, однако, на основе строгих выкладок, теоретических и экспериментальных.

Как ни поразительны дива дивные новейшей астрономии, о которых уже говорилось, в ее кунсткамере есть нечто подиковинней. Например, настоящий небесный монстр - "пожиратель вещества и излучения", один из самых экзотических феноменов большого космоса. Это знаменитая "черная дыра", вопрос о которой стал едва ли не центральным для астрофизиков, so всяком случае, "горячей точкой" их дискуссий.

Не исключено, что это в буквальном смысле слова горячая точка. Представьте: перед нами опять-таки результат гравитационного коллапса, но такого, который обходится без грандиозного космического фейерверка взрыва, разбрасывающего огромные массы огненного газообразного шара на все четыре стороны. Гигантская, в несколько раз крупнее Солнца, звезда сохраняет свое вещество при катаклизме целиком, и эффект сжатия оказывается еще более впечатляющим, хотя и не столь зрелищным. Она просто пропадает для внешних наблюдателей, превращаясь в точку горячую, но не светящуюся. Мгновенно "схлопывается", стиснутая со всех сторон чудовищным прессом собственного гравитационного поля. Материя конденсируется еще более плотным сгустком, чем даже в нейтронных звездах.