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?
– После изобретения батареи Вольты немецкий учёный Георг Ом провёл множество экспериментов с измерениями тока в электрической цепи с включением разных металлов и установил, что одна и та же батарея рождает в цепи различный ток – в зависимости от величины, которую можно назвать сопротивлением проводников, из которых состоит электроцепь.
– То есть Ом нашёл металлы, которые сопротивлялись прохождению тока? – уточнила Галатея.
– Они все сопротивлялись, но в разной степени. Лучше всех проводили ток серебро и медь, заметно хуже – железо и олово. А ртуть пропускала через себя ток ещё хуже железа.
Ом вывел закон, который связал силу батареи Вольты, величину тока в цепи и величину электросопротивления элементов цепи. В честь Ома электросопротивление сейчас измеряется в омах, а его закон стал знаменитым законом Ома.
Дальнейшие эксперименты показали, что при нагревании металла его сопротивление немного возрастает, а при охлаждении – уменьшается. В те времена ток рассматривался как течение некой электрической жидкости, поэтому существовало мнение, что сопротивление металлов при очень низких температурах перестанет падать и начнёт быстро расти – потому что электрическая жидкость застынет и остановится.
– Как река, замёрзшая в своих берегах! – воскликнула Галатея.
– Да. Самые низкие температуры, которые возможны в природе, – это минус 273,15 градуса Цельсия…
– А почему нельзя охладить металл до минус трёхсот градусов? – удивилась и даже слегка обиделась девочка.
– Потому что температура минус 273,15 градуса Цельсия соответствует полной остановке теплового движения атомов и молекул. Это абсолютный ноль по шкале Кельвина, соответствующий абсолютному покою. Дальше останавливать уже нечего!
Но приблизиться к этому абсолютному нулю долго не удавалось – пока проблемой получения сверхнизких температур не занялся профессор Камерлинг-Оннес. В 1894 году он создал очень эффективную установку по производству жидкого азота, дающую в час четыре литра этой ужасно холодной жидкости, и стал директором им же организованной Лейденской криогенной лаборатории. В 1908 году Камерлинг-Оннес превратил гелий в жидкость и достиг температуры всего в 0,9 градуса Кельвина или минус 272,25 градуса по Цельсию. За это профессор получил от коллег почетный титул «Господин Абсолютного Нуля». Профессор составил обширную программу исследования свойств различных веществ при таких низких температурах, к которой и приступил с помощью двух ассистентов – Корнелиса Дорсмана и Гиллеса Хольста.
8 апреля 1911 года Камерлинг-Оннес, взбудораженный сообщением помощников, пришёл в свою лабораторию – и убедился, что опыт поставлен полностью в
