— Так, давайте разберёмся! — решительно сказала Галатея. — Пусть одни лодки плавают у левого берега пруда — это будет команда излучателей, другие у правого — это будет команда дефекторов…
— Детекторов, — поправил Галатею Андрей.
— Ну да… На каждой лодке стоит игрок или человек с перчатками, в которые встроены измерители силы удара. Люди на левых лодках бросают мячи, а люди на правых лодках их ловят. И вы утверждаете, что мячи будут терять свою энергию при переброске?
— Да. Пусть все лодки покоятся в начальный момент. Когда игроки слева бросят свои мячи, то их лодки под действием реактивной силы поплывут к левому берегу. А когда игроки справа поймают эти мячи, их лодки поплывут к правому берегу. И перчаточные измерители у левых игроков покажут, что из 100 процентов энергии, которые игрок затратил на бросок, мячу досталось только, скажем, 95 процентов, а пять процентов досталось лодке. А измерители у правых игроков покажут, что они поймали мяч с силой удара, равной 90 процентам от первоначального, потому что ещё около пяти процентов начальной энергии уйдёт на движение правых лодок.
— Ну хорошо… — нехотя согласилась Галатея. — И что дальше?
— В данном примере никакого поглощения гамма-кванта ядром не произойдёт — слишком мало у мяча сохранилось энергии. Но исследователи заметили, что если заставить лодки двигаться хаотически в разных направлениях, то вероятность поглощения возрастает.
— И это совершенно понятно! — воскликнул Андрей. — Ведь если левая лодка движется слева направо, то бросок мяча левым игроком её просто остановит. И если правая лодка будет двигаться летящему мячу навстречу, то поимка мяча её не ускорит, а затормозит. Значит, энергия лодок была добавлена в процесс, от чего мяч, то есть гамма-квант, сумеет сохранить свою энергию — и поглотиться другим ядром.
— Кажется, тебе пора читать эти сказки вместо меня, — сказала Дзинтара, — ты обо всём догадываешься раньше всех.
Никки подмигнула покрасневшему Андрею:
— Да, можно двигать друг к другу излучатель или детектор — и тогда поглощение гамма-квантов в детекторе вырастет. Аналогичный процесс происходит, когда кристаллы не двигаются, но температура их растёт — ведь каждый атом начинает колебаться со скоростью, растущей вместе с температурой. В результате у нас появится какое-то количество атомов в излучателе, которые будут двигаться к детектору с нужной для поглощения скоростью.
Научный руководитель дал молодому аспиранту Рудольфу Мёссбауэру задание: измерить, как при изменении температуры кристалла меняется поглощение невозбуждёнными ядрами осмия гамма-квантов, выпущенных возбуждёнными ядрами осмия.
— То есть при увеличении скорости хаотического движения лодок… — пробормотал Андрей. — Действительно ядерный процесс оказался зависящим от температуры…
— Руководитель настоятельно рекомендовал аспиранту нагревать радиоактивный кристалл, чтобы достигнуть больших скоростей хаотического движения атомов. Но молодой аспирант поступил по-своему — и стал охлаждать кристаллы, чтобы измерить кривую поглощения при низких температурах.
— А что, открытия всегда делаются через непослушание? — спросила Галатея с хитрым прищуром.
Дзинтара вмешалась с некоторым беспокойством:
— Практически всегда. Но речь идёт о непослушании в научной дискуссии, а не в споре о том — убирать или не убирать девочкам носки со стола.
— Ах, о научной дискуссии… — протянула Галатея.
Никки ухмыльнулась и продолжила:
— Когда Мёссбауэр охладил кристалл до температуры жидкого азота, то очень удивился: вместо ослабления поглощения он получил его резкий рост! Все гамма-кванты из кристалла стали вылетать с абсолютно одинаковой энергией, причем, когда учёный охладил и детектор, то они стали активно поглощаться в нём.
— Почему? — спросила Галатея.
— Потому что атомы кристалла при низкой температуре вцепились друг в друга с такой силой, что отдача кванта стала приходиться не на один атом, а на весь кристалл. А он настолько тяжелее гамма-кванта, что тот стал полностью сохранять свою энергию. Вот представь, что лодки, в которых ты разместила игроков, бросающих мяч, вморожены в лёд, тогда они не отнимут у мячей никакой энергии, потому что отдачи не будет.
Эффект резкого роста поглощения гамма-квантов при глубоком охлаждении стали называть резонансным поглощением, или эффектом Мёссбауэра. Его открыватель стал знаменит — и получил в 1961 году Нобелевскую премию, в возрасте 32 лет.
— Как же полезно не слушаться своего научного руководителя… — протянула Галатея.
— Эффект Мёссбауэра стал удивительно точным инструментом для измерения разных тонких эффектов. Например, с его помощью можно измерить разность течения времени на первом и седьмом этажах многоэтажного здания.
— Там время течёт по-разному? — переспросила Галатея, пытаясь вспомнить свои личные впечатления от пребывания на седьмом и первом этажах.
— Да, согласно общей теории относительности Эйнштейна, время на первом этаже должно течь медленнее.
Через два года после открытия эффекта Мёссбауэра гарвардские учёные Роберт Паунд и Глен Ребка разместили на башне высотой 22,6 метра изомер железа как источник гамма-квантов и сумели измерить, насколько частота этих гамма-квантов вырастет при их движении к подножию башни. Это смещение частоты точно совпало с предсказанием теории Эйнштейна. Сейчас этот эффект изменения времени тщательно учитывается в спутниковых системах, потому что на спутнике, который двигается по геостационарной орбите — высотой более 20 тыс. км, часы спешат относительно земных часов на 45 микросекунд в сутки.
— Вот это да! — воскликнула Галатея. — Тогда мультики, которые транслируются через спутники, пришли к нам из ускоренного времени! Из будущего!
Андрей только вздохнул, глядя на восторженную сестру.
...Примечания для любопытных
Рудольф Мёссбауэр (1929–2011) — выдающийся немецкий физик, открывший ядерный гамма-резонанс, или эффект Мёссбауэра. Лауреат Нобелевской премии (1961).
Роберт Паунд (1919–2010) — выдающийся американский физик, профессор Гарвардского университета, один из открывателей ядерно-магнитного резонанса и соавтор измерения смещения частоты излучения в гравитационном поле.
Глен Ребка (р. 1931) — видный американский физик, аспирант Р. Паунда, с которым он провёл знаменитый эксперимент Паунда-Ребки.
Сказка о Камерлинг-Оннесе, преодолевшем сопротивление электричества
— Профессор, профессор! — с такими криками двое молодых людей ворвались в кабинет и отвлекли почтенного профессора от его занятий.
— Корнелис, Гиллес, что у вас стряслось? — с неудовольствием спросил профессор Хейке Камерлинг-Оннес своих ассистентов, суматошное поведение которых не сулило хороших новостей.
— Лучше вам самому посмотреть! — сказал старший из них.
Пока они втроём шли в лабораторию, ассистенты наперебой объясняли профессору, что они ставили очередной плановый опыт по измерению электросопротивления при низких температурах, но тут случилось неожиданное…
— Постой, мама, — сказала Галатея. — Что такое электросопротивление? И о каких низких температурах идёт речь? Температуре замерзания воды?
Конец ознакомительного фрагмента