В. Е. ЛЬВОВ.

Эпоха, "бури и натиска" в современной науке о природе „меняет декорации", можно сказать, ежедневно, ежечасно... Удивительный пример такого положения являет, в настоящий момент, еще так недавно взапуски разрабатывавшаяся физиками всего мира¹ тема „космических лучей“.

Напомним, вкратце, последовательный ход этих памятных исследований, которым подводится в эти дни — в первую очередь — советской физикой совершенно неожиданный итог...

Еще в начале текущего столетия обращал на себя внимание исследователей загадочный факт самопроизвольного разряда листочков электроскопа на открытом воздухе, — факт, объяснение которому пытались найти в хорошо известном ионизационном (т. е. превращающем воздух в проводник электричества) действии излучений радиоактивных веществ, рассеянных повсеместно в земной коре. Это объяснение рухнуло немедленно после того, как Мак-Леннан и Резерфорд поместили (в 1903 г.) электроскоп в свинцовый ящик, толщина стенок которого превышала 10 сантиметров. Нужно знать, что самые проницающие из всех радиоактивных (и из всех известных, вообще, в природе) излучений: крайние жесткие „гамма-лучи“ радия целиком поглощаются уже слоем свинца толщиною в 7 сантиметров. Но электроскоп продолжал разряжаться и внутри свинцового ящика! Наиболее замечательные открытия оставались еще, однако, впереди...

В 1910 г. германский физик Гоккель поднял, закупоренный в вышеуказанный ящик, электроскоп на воздушном шаре и обнаружил, что разряд электроскопа, как правило, резко усиливается с высотою. Гесс и Кольхерстер пришли к тем же выводам, поднимая электроскоп на вершины гор и ледников. Искомый, ионизирующий воздух, агент изумляющим образом обнаруживал свое неземное происхождение: он шел откуда-то „сверху“, с неба“, но во всяком случае не от солнца, так как высота последнего над горизонтом и ночное время суток не оказывали ни малейшего влияния на интенсивность ионизации воздуха и разряда электроскопа. 10 сантиметров толщины свинцового листа, как сказано, не были преградой для загадочного „нечто“. Очередной задачей было — разузнать максимальный предел, границы его проницаемости. В связи с этим-то важным заданием и выступает впервые на сцену группа американских исследователей, объединяющаяся вокруг Роберта А. Милликэна (известного в физике тем, что он, с огромной точностью, измерил в 1913 г. заряд электрона). Выждав окончания мировой войны, Милликэн и его ближайший сотрудник д-р Кэмерон в 1922-1925 г.г. переправляют электроскопы на этот раз уже не „ввысь“, а „вниз“, ко дну глубоких озер Калифорнии (озера Пайк-Пик, Муйр и др,) и Боливии (озеро Арроухед). Образовавшиеся от таяния снегов, лишенные, благодаря этому, минеральных примесей и покоящиеся, к тому же на толстом ледовитом ложе, воды этих озер гарантировали вдвойне от всякого влияния радиоактивных веществ и их проницающего (гамма) излучения. Поглощение ионизирующего агента (т. е прекращение разряда электроскопа) и было после ряда блестяще-поставленных опытов, действительно обнаружено Милликэном и Кэмероном; обнаружено на громадной, доходящей до 60 метров, глубине вод. Из сравнения поглощающих способностей вод и свинца можно было сделать вывод, что пять метров свинца были бы недостаточными для задержания неизвестного „нечто“ и только в 5½ метровой толще оно должно было бы застрять окончательно! Наступал черед разрешения замечательной проблемы.

Два ответа, два предположения равноправно выдвигались здесь на авансцену. Ответ первый: неизвестный агент представляет собою поток падающих из мирового пространства быстрых материальных частиц: электронов, налетающих на воздушные молекулы и разбивающих их на заряженные осколки, ионизируя воздух. Подобный эффект как раз производят, например, электроны (бета-лучи), испускаемые радиоактивными веществами. Чем быстрее движутся электроны (т. е. чем большей энергией они заряжены), тем больший эффект проницаемости и ионизационного разряда злектроскола можно от них ожидать. Но самые быстрые из бета-лучей, летящие с громадными скоростями, достигающими 99% скорости света (которая является, согласно принципу относительности, при данных обстоятельствах, теоретическим пределом), поглощаются уже 1 сантиметром свинца. Тут-же нужно „пробиться“ сквозь 6 метров!

Обратимся теперь к ответу второму: „ионизацию производят не частицы а волны лучистой, световой энергии. Чем короче эти волны, тем, как известно, они проницаемее. Но рентгенов свет задерживается уже ⅓ сантиметра, а гамма-лучи — как сказано 7-10 сантиметрами свинца. Какой же непостижимо-малой длиной волны должно обладать искомое "нечто“, чтобы представлять собою вид лучистой энергии, лишь более коротко-волновый, чем все известные?!

Но третьего выхода не было дано. Из двух этих выводов Милликэн и Кэмерон избирают второй. Спрашивается — почему? Потому ли, что он требует менее тягостных по своей спекулятивности гипотез, чем первый? Нам кажется, что нет: ведь до 1928-1929 г. г., никем и нигде не были уловлены на опыте ни чудовищно-быстрые электроны, ни неправдоподобно-малые „космические волны“. Все дело заключалось, повидимому в том, что, мы раз приняли гипотезу „космических лучей“, из недр последней, как из рога изобилия, возник немедленно фейерверк новых, увлекательнейших гипотез, новых блистательных, „ вселенского масштаба“ обобщений, ловко и удобно следовавших одно за другим. Опьяненная этим фейерверком физика, в лице весьма значительного числа ее представителей, проявила здесь действительно некоторую некритическую доверчивость и поспешность. Позволим себе эту маленькую самокритику. И будем продолжать по порядку.

Хорошо известная физикам формула („формула Кэмптона“), связывающая максимальное поглощение лучей с длиной волны последних — сейчас же — чисто-формально, позволила Милликэну вычислить "длины волн“ пресловутовых „космических лучей“: они оказались равными, в среднем, триллионным долям сантм. точнее же говоря, „спектр“ этих „лучей“ явственно разбивался на три „полосы“: на три отдельных интервала длин волн, — событие, которому придали впоследствии исключительно-важное значение. Единственный же и неопровержимый экспериментальный факт, лежавший в основе этого события заключался — как ясно теперь лишь в том, что резкое уменьшение разряда электроскопа при погружении ко дну горных озер наблюдается не один, а три раза: на глубине 2, З½ и б метров.

Итак, вычислив длины волн, соответствующие трем гипотетическим полосам гипотетического спектра и применив затем другую и не менее известную физикам формулу (Эйнштейна), связывающую длину волны с энергией, несомой этой волною — Милликэн и Кэмерон получили к своему познавательному удовлетворению, что соответственные величины энергии весьма близко подходят к тем энергиям, которые должны теоретически выделяться в процессе сцепления простейших частичек материи: электронов и протонов в более сложные атомные ядра. А именно: одна полоса поглощения (один интервал „длин волн“), наблюденная Милликэном и Кэмероном, будучи подставлена в формулу Эйнштейна, приводила к энергии образования ядра атома гелия из четырех протонов и двух электронов. Вторая — соответствовала энергии, должной выделиться при образовании ядра атома кислорода из шестнадцати протонов и восьми электронов. Наконец, третья отвечала „рождению“ атомных ядер кремния и железа — единым актом из определенного (достигающего уже нескольких десятков) количества протонов и электронов. Но четыре вышеуказанных элемента: гелий, кислород, кремний и железо (вместе с „породившим“ их всех водородом) — как раз являются наиболее распространенными во вселенной, составляя, например, 99%, по весу земного шара, солнца, метеоритов, и т. д!.. С другой стороны "местом рождения перечисленных сортов атомов, как отчасти было сказано выше, не могут быть ни звезды-солнца, ни первозданная материя последних — так называемые негалактические туманности, поскольку время восхода, кульминации и захода и первых, и вторых на небесном своде, в течение суток — не оказывает ни малейшего воздействия на ход разряда электроскопов, на ход поглощения „космических лучей“.

Блестящие космические спекуляции, одна за другою — отталкиваясь от двух этих пунктов — и замелькали в течение 1927-28 г.г. словно на полотне кинематографа. Они в памяти у многих и общие контуры их можно набросать в следующих выражениях... „В пустынях межзвездного пространства, где блуждают одинокие протоны и электроны — последние собираются в ядра гелия, кислорода, железа и кремния.“ Первым криком рождающихся атомов“ (как буквально выразился Милликэн) — и являются "космические лучи“. Ядра сцепляются потом в туманности, потом консолидируются в звезды-солнца. Под прессом чудовищных давлений и при соответственных температурах, господствующих внутри звезд, атомные ядра последних начинают постепенно разлагаться опять до протонов и электронов, эти-же частицы, сталкиваясь между собою и взаимопогашая при этом свои звезды, нацело „перегорают“ и „развеществляются“ в огромные порции энергии, поддерживающие излучение звезд в течение тысяч миллиардов лет. В холодных межзвездных пространствах — лучистая энергия опять сгущается в протоны и электроны. Последние опять сцепляются в сложные атомы и т. д., и т. д.

Стройный и величественный, хотя и неясный во многих пунктах, кругооборот!

Увлекшись им, трудно было заметить те глухие и многозначительные для теории подземные удары, которые раздались уже в середине 1928 г. и угрожали катастрофой всей постройке.

Эти удары шли из СССР.

Молодой советский физик, сотрудник института акад. А. Ф. Иоффе в Ленинграде, т. Скобельцын работая на открытом воздухе, с так называемой вильсоновской камерой, этой своеобразной „ловушкой“ для электронов, попав в которую электроны, при пробеге сквозь водяные пары, осаждают вдоль своего пути туман, капельками (сфотографировав последние, экспериментатор, в полном смысле слова, видит простым глазом „путь одного электрона“) — сделал следующее изумительное открытие. На одной из фотографических пластинок он обнаружил несколько направленных отвесно сверху вниз ("с неба“) „вильсоновских черточек“, необычно четкая прямизна, и резкость которых намекала на колоссальные скорости отображаемых этими черточками электронов!

Это предположение блестяще подтвердилось на новом опыте, когда сильные электромагниты (до 10000 гауссов напряжением), поставленные Скобельцыным вблизи вильсоновской камеры и всегда отклоняющие с прямого пути даже самые быстрые радиоактивные электроны (прямые черточки на фотографии превращаются тогда в круговые) — на сей раз не оказали на вид следов электронов ни малейшего воздействия.

Чтобы определить превосходящие все обычные экспериментальные пределы скорости загадочных электронов, нужно было постараться воздействовать на них сверхмощными магнитными полями, Сверхмощным (до миллиона гауссов напряжением) электромагнитом располагает в единственном числе лишь один пункт земного шара — кембриджская лаборатория нашего соотечественника и советского гражданина П. Л. Капицы.

Но в этот момент, в августе 1929 г., новая работа, на этот раз немецкого физика Ботэ, уже говорила со страниц берлинского журнала¹ о событии, под ударами которого, на наших глазах рушится окончательно все блистательное сооружение гипотез, сосредоточившихся вокруг „космических лучей"!

¹Zeitschrift für Physic 47, 1929

Ботэ экспериментировал с двумя электронными счетчиками: приборами, аккуратно регистрирующими на фотографической ленте каждое попадание в счетчик циркулирующих в атмосфере электронов. Расположив два таких счетчика весьма близко один под другим, исследователь естественно констатировал равные или почти равные числа попаданий электронов в том и другом приборе. Следующий этап опыта заключался в горизонтальной прокладке между счетчиками золотых пластин, постепенно увеличиваемой толщины. С боков и снизу счетчики блокировались, в свою очередь, 10-сантиметровыми свинцовыми ширмами, не допускавшими в исследуемый телесный угол никаких излучений земного, т. е. радиоактивного происхождения. В итоге, доступ в исследуемый объем воздуха был открыт лишь для тех вертикально движущихся сверху вниз („с неба“) электронов, существование которых было экспериментально доказано Скобельциным в Ленинграде. Начало поглощения этих электронов в толще горизонтальной золотой прокладки оказалось бы немедленно зафиксированным, в виде разницы чисел попаданий электронов в верхнем и нижнем счетчике. Толщина прокладки была доведена Ботэ до величины эквивалентной 5 метрам свинца, но почти никакой указанной разницы и при этой толщине замечено не было! Существование электронов, падающих на земную поверхность из мирового пространства и обладающих проницающей способностью, достаточной для объяснения всех эффектов ионизационного разряда электроскопов, какие только были наблюдены в истории физики, начиная с Мак-Леннана и Резерфорда и кончая опытами Кольхерстера и Гасса — оказывалось экспериментально доказанным фактом!

Но как все-таки следовало отнестись к пресловутым "крикам рождающихся атомов“ Милликэна-Кэмерона? Мыслимо ли тут простое совпадение численных значений энергий? Эта проблема разрешилась весьма просто, та формула, из которой исходили в своих вычислениях энергий Милликэн и Кэмерон, в 1929 г. оказывается замененной новым, уточненным (принимающим во внимание данные теории относительности) уравнением. Произведя пересчет энергий по этой последней формуле, английский физик Стонер и констатировал, на-днях, полное отсутствие каких либо „совпадений“. С таким блеском построенное здание рухнуло окончательно...

Но загадку сменила загадка. Пойманные“ Скобельциным и Ботэ на опыте „небесные“ электроны должны обладать, как показывает подсчет, сказочными скоростями, равными 99,999999% (!) у скорости света, что соответствует падению их в электрическом поле напряжением в миллиард вольтов.

Где берутся в мировом пространстве поля такого вольтажа? И какую роль играют они в жизни вселенной? На все это пока не имеется никакого ответа. Находящийся сейчас за границей т. Скобельцын, совместно с П. Л. Капицей, намерен поставить целый ряд новых экспериментов по изучению открытых им электронов. К работам обоих молодых людей, достойно несущих знамя советской науки за рубежом — будет, бесспорно, приковано, в ближайшие годы, внимание мыслящего человечества.

В.Львов.