Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

Ядра наверху излучали кванты (порции) гамма-лучей — коротковолнового электромагнитного излучения со строго точной частотой колебаний. То была «радиостанция». А внизу стоял «приемник» — атомные ядра, призванные поглощать посланные сверху лучи. Поглощение могло произойти лишь тогда, когда частота спустившихся гамма-квантов совпадала с частотой таких же квантов, если бы они испускались внизу.

Тут очень важна точность настройки «радиостанции» и приемника. Она и была соблюдена благодаря открытию Мессбауэра.

Прежде частоту гамма-лучей не удавалось делать строго определенной. Она «гуляла» — оказывалась то больше, то меньше некоего среднего значения. Мессбауэр же поставил рекорд остроты «настройки» гамма- излучателей и приемников. Как это ему удалось?

Главный секрет как раз в том и заключается, что в качестве источника и приемника лучей он использовал сильно охлажденный кристалл. В обычных условиях ядра, «стреляя» гамма-квантами, испытывают отдачу, как ружейные приклады, тратят энергию на это. А в замороженном кристалле ядра так крепко стоят в строю кристаллической решетки, что, «стреляя» гамма-квантами, не испытывают практически никакой отдачи. Поэтому вся (в точности!) энергия, освобождающаяся при излучении, отдается именно испускаемым лучам. Ни малейшей доли ее не теряется, не тратится на раскачку ядра, ибо оно, прочно связанное с кристаллической решеткой, просто не может раскачаться.

Так гарантируется постоянство энергии испускаемых гамма-квантов. Но по законам микромира энергия гамма-квантов строго соответствует их частоте. Значит, замороженный гамма-излучатель дает кванты очень точной «длины волны». [18] Соответствующую формулу вывел, кстати, Эйнштейн: E=hv , где Е — энергия, v — частота, h — постоянная величина.

Столь же точна должна быть частота лучей, которые способен поглотить замороженный кристалл-приемник. Его ядра не могут ни на йоту изменить свое состояние, чтобы «схватить» квант даже с крошечным недостатком или избытком энергии (или, что то же самое, с чуть-чуть уменьшенной или увеличенной частотой).

Это сверхточное излучение и поглощение гамма-лучей именуют теперь эффектом Мессбауэра.

Итак, на верху башни точнейший гамма-излучатель, внизу такой же гамма-приемник. Идет «передача». Так вот, если она «принимается», если нижний кристалл поглощает летящие сверху кванты (другими словами, если этот кристалл: для них непрозрачен), предсказание Эйнштейна отвергнуто. Ведь случись такой исход опыта — значит, время наверху и внизу течет одинаково, ядра- часы тут и там имеют равный ход.

В эксперименте этой беды не произошло. Поглощение не состоялось. Потому что на верху башни из-за ничтожного ослабления поля тяжести ядра-часы шли немножко быстрее и, следовательно, излучали гамма-лучи немного большей частоты, чем требовалось для их поглощения внизу. Частота увеличивалась (время ускорялось) на 5·10 -15— пять миллионных долей от одной миллиардной доли. Убедительная цифра! Этого было достаточно, чтобы приемник отказался от предложенных ему лучей!

Как же измерили эту невообразимую величину?

Кристалл-приемник стали медленно-медленно опускать, перемещать от кристалла-излучателя. Волны сверху начали достигать его немного реже. И поглощение состоялось. Скорость опускания приемника в опыте была сравнима, по образному выражению одного физика, со скоростью роста ногтей. Потребовались особые ухищрения, чтобы добиться этого рекорда тихоходности. Ну, а по темпу опускания нижнего кристалла, при скорости, когда он становится непрозрачным для лучей верхнего кристалла, нетрудно было подсчитать разницу частот излучаемых и поглощаемых квантов. И отсюда — величину замедления времени в нижней части башни по сравнению с верхней. С точностью до 10 процентов результат совпал с предсказанием Эйнштейна.

Иного итога никто и не ожидал.

Подобным же методом было измерено затем и замедление времени на краю медленно вращающегося диска (о чем упоминалось в девятнадцатой главе).

Что ж, я думаю, не мешает еще раз вслух удивиться.

Давно ли, рассуждая о теории относительности, мы оперировали околосветовыми скоростями, энергиями атомных взрывов, силами, превращающими человека в желе. И вот противоположность. Черепашьи скорости, фантастически ничтожные изменения гравитационного поля...

Один физик ничуть не солгал, заявив, что машинистка, работающая на десятом этаже, стареет быстрее своей подруги с первого этажа. Вряд ли, правда, это обстоятельство встревожит девушек, желающих сохранить молодость, — за тридцать лет разница в возрасте составит миллионную долю секунды. Но поразительно, что эта разница была предначертана теорией и затем измерена. Причем измерена даже не полностью, а в своей миллиардной доле. И не за 30 лет, а за несколько минут эксперимента Паунда и Ребки.