Текст книги "Проклятые вопросы"

Автор книги: Ирина Радунская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 23 страниц)

Теперь нам кажется, что Завойский сделал очень небольшой шаг. Но этот шаг шёл в сторону от проторённой дороги. И он привёл молодого физика к успеху.

Почему все изменяли настройку генератора радиоволн, оставляя магнитное поле неизменным? – недоумевал Завойский. Такова традиция… Но есть ведь и другой путь. Пусть им ещё никто не шёл. Здесь есть свои трудности, но нет никаких разумных запретов. И Завойский решился. Вместо того чтобы вращать ручку своего генератора, перестраивая его частоту, как это делали исследователи до него, он оставил генератор в покое. Решил искать резонанс, меняя величину магнитного поля того магнита, между полюсами которого располагался кристалл. Для этого он плавно изменял величину электрического тока, протекающего по обмотке электромагнита, и непрерывно наблюдал, как радиоволны поглощаются веществом.

Так в 1944 году был впервые обнаружен замечательный эффект, долго ускользавший от самых опытных экспериментаторов, носящий несколько непонятное для непосвящённых наименование – электронный парамагнитный резонанс. Теперь мы с уверенностью относим открытие Завойского не только к самым замечательным, но и к самым плодотворным открытиям XX века.

Завойский обнаружил механизм, приводящий к поглощению радиоволн в кристаллах. Выяснилось, что этим механизмом управляли электроны, те самые электроны, что входят в состав некоторых ионов, образующих кристалл. Электроны оказались миниатюрными приёмниками радиоволн!

Перед экспериментаторами раскрылись необычайные возможности использований этого тонкого, гибкого, легко управляемого механизма для создания принципиально нового вида усилителя радиоволн. Ведь эти электроны в таком, ещё не созданном, усилителе связаны электрическими силами с атомными ядрами, а через них с самим кристаллом. Следовательно, настройка этих новых усилителей может изменяться. Она зависит как от строения кристалла, так и от входящих в него ионов. Изменяя структуру кристалла и вводя те или иные ионы в виде добавок, можно влиять на «грубую» настройку этого удивительного усилителя, а его точную настройку производить небольшим изменением величины постоянного магнитного поля.

Так родилась фантастическая идея усилителя, радикально отличающегося от всего известного ранее. В таком усилителе деталями служат не радиолампы, а электроны.

Открытие Завойского легло в основу нового типа усилителей радиоволн с чрезвычайно низким уровнем собственных шумов. И именно этот усилитель сделал возможной удивительную сенсацию, облетевшую весь мир, – локацию планет Венера, Меркурий, Юпитер, Марс.

НОВАЯ ЦЕНА РУБИНА

«Магнитная лупа» стала ещё более зоркой, и учёные смогли разглядеть сквозь неё в микромире то, о чём даже не подозревали. Магнитная лупа стала модным методом физического исследования. С её помощью сделано много ценнейших открытий в области строения вещества, и особенно твёрдого тела и полупроводников.

Электронный парамагнитный резонанс раздвинул возможности химии. Сейчас его взяли на вооружение биологи, они приступили к изучению парамагнитного резонанса в биологических объектах, в живых клетках и организмах.

Открытие Завойского не только явилось триумфом нового экспериментального метода, но и подтверждением теоретических прогнозов. Оправдалось предположение о том, что при взаимодействии электронов с радиоволнами проявляются свойства вещества, остающиеся скрытыми, когда опыт сводится лишь к наблюдению за его намагничиванием и размагничиванием. Начался новый этап в наступлении на тайны материи.

Многие учёные увлеклись исследованием парамагнитных веществ, поисками новых эффектов и практических возможностей.

А. М. Прохоров, за открытие мазеров и лазеров удостоенный Нобелевской премии, вместе со своим аспирантом А. А. Маненковым одним из первых приступил к исследованию парамагнитного резонанса, стремясь проникнуть в сокровенные тайны нового явления. Главные усилия Прохорова и Маненкова были направлены на исследования парамагнитного резонанса в рубине. Они изучали природные и искусственные рубины. Выращивали их в лаборатории, заказывали на заводах.

Рубины давно славятся своей твёрдостью, поэтому широко применяются в качестве сырья для подшипников, используемых в часах и различных точных приборах. Но Прохорова и Маненкова привлекала в рубине не его твёрдость, а совсем иные достоинства. Наши учёные уже далеко продвинулись в исследованиях и частично опубликовали их, когда почта принесла из США в библиотеку Физического института АН СССР очередной номер журнала «Физические обозрения».

В этом номере опубликована статья Николса Блумберхена, в которой он предлагает использовать для усиления и преобразования сверхвысоких частот совершенно неожиданные материалы – фторсиликат никеля и этилсульфат гадолиния. Блумберхен был уже достаточно авторитетным исследователем, чтобы отнестись с большим вниманием к его статье. Соотечественник Лоренца и Гортера, он родился в 1920 году, окончил Лейденский университет, защитил докторскую диссертацию и затем пересёк океан в поисках более широкого применения своих способностей. В Америке его фамилию начали произносить на американский лад, и она зазвучала как Бломберген.

Блумберхен – физик-теоретик, отличающийся чётким и рациональным подходом к задачам и умением выявлять пути экспериментальной проверки и практического применения своих результатов. В этот раз его статья под названием «Квантовый парамагнитный усилитель» имела подзаголовок: «Предложение усилителя нового типа».

Что поражало в этом названии? Слово «квантовый» напоминало молекулярный усилитель Басова, Прохорова, Таунса. Слово «парамагнитный» заставляло связать прибор с работами Гортера и Завойского. Что же Блумберхен взял от одного и что от другого направления? И почему из всех заманчивых возможностей, открытых новым явлением, Блумберхен сосредоточил внимание на одном: усилении радиоволн?

Многие стремились создать квантовые усилители радиоволн. Однако первоначально практические перспективы открывались лишь в диапазоне коротких радиоволн, длиной в несколько десятков метров. Но мало кто надеялся и пытался реализовать эти возможности, ибо было ясно, что новые, сравнительно сложные усилители не могли конкурировать в этом диапазоне с обычными радиолампами и транзисторами.

Блумберхен пошёл своим путем, в котором оказались сплавленными два направления, исходящие из его родного университета. Он предложил применить явление парамагнитного резонанса, предсказанное Гортером и открытое Завойским, и работать в области сверхнизких температур при температуре жидкого гелия, впервые полученного в Лейдене Г. Каммерлинг-Оннесом.

В статье Блумберхена приведены не только уравнения, описывающие действие нового усилителя, но и оценки, показывающие, что такой усилитель должен обладать несравненно большей чувствительностью при приёме слабых сигналов, чем все известные ранее. Физиков особенно заинтересовал один аспект статьи. Автор указывал на радиоастрономию как на область, где применение подобного усилителя наиболее эффективно. Все сразу оценили эту рекомендацию однозначно: возникала возможность осуществить давнее намерение учёных – попытаться принять слабое радиоизлучение из космоса на волне 21 сантиметр, что подтвердило бы реальное существование свободных атомов водорода в космосе.

Блумберхен в своей статье обсуждает работу усилителя, который мог бы принять это радиоизлучение, и обращает внимание на то, что предлагаемый усилитель не только может быть применён в радиоастрономии, но способен также расширить возможности радиолокации.

Примерно через год американский учёный X. К. Д. Сковил с сотрудниками осуществил идею Блумберхена. Их квантовый парамагнитный усилитель, в котором работали кристаллы этилсульфата гадолиния, погружённые в жидкий гелий, обладал всеми свойствами, предсказанными Блумберхеном.

Публикация Сковила открыла путь потоку статей о квантовых парамагнитных усилителях. Разные авторы применяли различные парамагнитные кристаллы, их усилители отличались конструктивными особенностями и длиной усиливаемых волн. Но принцип был единым. Вскоре выяснилось, что наилучшим и наиболее эффективным кристаллом для таких усилителей является все-таки рубин.

Повезло ли Прохорову или тут сработала его прославленная интуиция, но именно на рубине, как мы уже знаем, сосредоточилось его внимание.

Прохоров с группой аспирантов и сотрудников проводил обширные и глубокие исследования парамагнитных свойств рубина, исходя именно из того, что совокупность свойств этого драгоценного кристалла как нельзя лучше удовлетворяет требованиям, возникающим при создании квантовых усилителей дециметрового и сантиметрового диапазона радиоволн.

История создания этих усилителей впервые продемонстрировала, что Прохоров является не обычным кабинетным учёным, а научным работником нового типа, способным не только выдвигать идеи и лично вести сложную исследовательскую работу, но и одновременно выполнять функции учёного-организатора, сплачивающего большие и разнородные коллективы для решения крупной комплексной задачи. Теперь поиски велись во многих научно-исследовательских институтах, причём они были не только экспериментального и теоретического плана, но и конструкторского. Идеи воплощались в приборы нового типа.

Исследования не прекращались. Прохоров вместе с Маненковым продолжал изучать различные процессы, сопровождающие явление парамагнитного резонанса. Вместе с Н. В. Карловым, впоследствии ректором Московского физико-технического института, он исследовал трудности, которые должны были возникнуть при соединении будущего усилителя с антенной, стремился оценить важнейшую характеристику усилителя – рождающиеся внутри него шумы. На крупных магнитах НИИ ядерной физики МГУ Прохоров со своими аспирантами Г. Н. Зверевым и Л. С. Корниенко проводил физические исследования парамагнитного резонанса. В ФИАНе (Физическом институте АН СССР) помимо глубоких физических исследований Прохоров уделял большое внимание поиску новых технических решений. Многие из них были затем использованы при разработках промышленных образцов квантовых парамагнитных усилителей. Работа под его общим руководством с успехом велась в нескольких отраслевых институтах.

Целая серия усилителей со стерженьками, изготовленными из рубина и помещёнными в волновод специального типа – устройство для передачи сантиметровых радиоволн, была разработана и выпущена коллективом, руководимым В. Б. Штейншлейгером, членом-корреспондентом АН СССР, который активно участвовал в применении этих усилителей для радиоастрономических исследований.

В этих усилителях через волновод проходит радиоволна. Длина волновода выбирается так, чтобы она могла отдавать свою энергию рубину, возбуждая в нём способность к усилению. Эта способность используется для усиления второй радиоволны, тоже проходящей через этот волновод и взаимодействующей в нём с возбуждённым кристаллом рубина. Физики назвали усилитель этого типа усилителем бегущей волны. Участок волновода, содержащий рубиновые стержни, расположен между полюсами магнита. Изменяя силу магнитного поля, можно изменять настройку усилителя на радиоволны различной длины.

В непосредственном контакте с Прохоровым работал коллектив Института радиотехники и электроники АН СССР (ИРЭ). Здесь М. Е. Жаботинский и А. В. Францессон создали квантовые парамагнитные усилители нового типа, специально приспособленные для работы в дециметровом диапазоне волн. На волне, излучаемой космическим водородом, и на более длинных волнах они по всем основным характеристикам превзошли усилители лучших зарубежных моделей. Неудивительно, что коллектив исследователей и создателей новых усилителей, включающий сотрудников исследовательских организаций Академии наук и промышленности, был удостоен Государственной премии СССР.

Несомненно, что высокое совершенство квантовых усилителей Института радиотехники и электроники обусловлено тем, что их создатели, начав с фундаментальных исследований, довели их до практического применения при решении сложной комплексной задачи. Эта задача – радиолокация планет Венера, Марс, Юпитер – была успешно выполнена. Так возник особый раздел современной науки и техники, интересный и важный.

ВАЛЬСИРУЮЩИЕ ПРОТОНЫ

Когда возникла загадка парамагнитного резонанса, казалось, что разрешение её очень далеко от запросов жизни. Но выяснилось, что эта туманная научная тема вывела учёных на передний край проблематики наших дней, на прямую и точную дорогу в космос.

Естественно, это научило организаторов науки быть осторожными и более дальновидными в оценке далёких (на первый, взгляд) и мало перспективных (тоже на первый взгляд) увлечений исследователей.

Остановимся ещё на одном явлении, тоже загадочном, тоже долго сопротивлявшемся разглашению своих тайн, но наконец сдавшемся и подарившем своим покорителям не один сюрприз.

Теория предсказывала, что резонансное поглощение радиоволн должно быть связано с магнитными свойствами не только электронов, но и многих атомных ядер.

И хотя опыты с пучками атомов, летящих в пустоте, подтверждали предсказания теории, при наблюдении твёрдых тел и жидкостей никак не удавалось эти резонансы обнаружить. Здесь оказался бессилен и новый метод Завойского. Сколь ни плавно он изменял поле своего магнита, резонансы не появлялись.

Эта страница физики – одна из наиболее драматичных и поучительных. Она рассказывает о том, как обстоятельства иногда бывают сильнее самых сильных и смелых характеров, как теория, которая обычно является путеводной звездой эксперимента, может сбить его с правильного пути и завести в тупик.

И тут физикам-экспериментаторам приходится стать на неведомый путь, восстать против теории. Им надо опереться на свои силы.

Теоретики В. Г. Гайтлер и Э. Теллер сделали расчёт. Он имел поистине зловещий характер, и никто бы не удивился, если бы он отвадил физиков от постановки опытов. Результат гласил: чтобы зафиксировать ядерный резонанс, надо ждать… миллионы лет. Это звучало безнадёжно, и все, кто занимался такими исследованиями, прекратили их. Кроме Гортера. И кроме Завойского. Они продолжали искать ядерный резонанс. Гортер прошёл совсем близко от него, случайно не заметив. А Завойскому продолжать опыты в полную силу и сделать второе, не менее замечательное, чем электронный парамагнитный резонанс, открытие помешала война. Имей Завойский ещё немного времени для продолжения экспериментов и улучшения качества применяемого магнита, он убедился бы в существовании ядерного магнитного резонанса.

Вот что говорил об этом один из сотрудников Завойского профессор Б. М. Козырев: «Огорчительно рассказывать об этом теперь, после нигде не зафиксированных, а следовательно, совершенно недоказуемых наблюдений, и, разумеется, мы не претендуем на какое-нибудь утверждение приоритета этим плачевно-запоздалым рассказом; просто нам показалось небезынтересным, говоря о ходе одного крупного открытия – электронного парамагнитного резонанса, упомянуть о несостоявшемся другом, несомненно не менеё значительном. Почему же все-таки это открытие не состоялось? Дело в том, что Завойскому не удалось до начала войны добиться хорошей повторяемости результатов: эффект то появлялся, то исчезал. Теперь-то нам понятно, что главной причиной этого была топография постоянного магнитного поля, которое создавалось старомодным электромагнитом невысокого качества. Когда образец попадал в относительно более однородный участок поля, сигнал появлялся, а на участках менее однородных он уширялся настолько, что становился ненаблюдаемым. Имей Завойский ещё два-три месяца для экспериментов, он, без сомнения, нашёл бы причину плохой воспроизводимости результатов, и таким образом мы получили бы полную уверенность в реальном существовании магнитного поглощения в кристаллах. Но трудные условия военного времени не позволяли должным образом проводить опыты. Сообщению в печати о единичных наблюдениях ядерного магнитного резонанса на фоне частых неудач препятствовала вдобавок неполная уверенность в самой возможности этих наблюдений, вытекавшая из роковой для нас статьи Гайтлера и Теллера и неудачи Гортера.

Поэтому мы ограничились лишь осторожным намёком в статье, написанной в начале 1944 года, о проведённых нами методом сеточного тока измерениях нерезонансного электронного парамагнитного поглощения.

Мы писали там: “Принимая во внимание малую изученность парамагнитной абсорбции и имея, кроме того, в виду попытаться в дальнейшем измерить ядерные магнитные моменты, мы решили повторить упомянутые опыты Гортера…” Эта фраза осталась в печати единственным следом от нашей работы по ядерному магнитному резонансу…».

Нобелевскую премию за открытие ядерного магнитного резонанса получили американцы Ф. Блох, Е. Н. Пэрсел и Р. В. Паунд.

Как удалось им напасть на след капризного резонанса?

…Феликс Блох после работы вышел из душной лаборатории и залюбовался красотой уходящего зимнего дня. Шёл густой неторопливый снег. Снежинки ложились на землю непринуждённо и легко. Как говорил впоследствии Блох в своей нобелевской лекции, именно тогда ему пришла в голову неожиданная мысль: «А ведь в каждой снежинке – миллионы протонов! И они кружатся, покорные земному магнитному полю! Зачем же тратить силы, средства и время на создание специальных установок, обеспечивающих однородное магнитное поле? Ведь сама природа идёт нам навстречу: мы всю жизнь проводим в весьма однородном магнитном поле Земли. Надо лишь обеспечить условия, при которых в опыте это магнитное поле не искажалось кусками железа или магнитными полями, порождаемыми электрическими токами в окружающих проводах».

И Блох создал чрезвычайно простую установку. Ампула с небольшим количеством воды помещалась внутри проволочной катушки, соединённой с несложной радиосхемой. Через вторую катушку он пропускал постоянный электрический ток такой величины, чтобы в центре катушки, где помещалась ампула с водой, создавалось сильное магнитное поле. Оно заставляло протоны – ядра атомов водорода, составляющие две трети от всех ядер в воде, подобно маленьким магнитикам ориентироваться вдоль оси катушки.

Стоило Блоху выключить ток, как намагничивающее поле исчезало и протоны оказывались всецело во власти магнитного поля Земли. А оно заставляло их совершать принудительное движение, напоминающее движение волчка, ось которого описывает конус вокруг линии отвеса. Но в отличие от волчка линиями, вокруг которых по конусу двигались оси невидимых протонов, являлись линии магнитного поля Земли.

В то время как миллиарды и миллиарды протонов, содержащихся в воде, заключённой в колбочке, дружно совершали свой ритмический танец, безмерно слабое магнитное поле, связанное с собственным магнетизмом каждого из них, примерно 2,5 тысячи раз в секунду пересекало витки маленькой катушечки, возбуждая в ней переменный ток. При этом миллиарды миллиардов протонов вращались более согласованно, чем вальсирующие пары на танцевальной площадке, ибо одинаковым был не только ритм их вращения, но и фаза. Так вращаются пары в хороших ансамблях, руководимых опытными балетмейстерами: вот лицом к нам обращены все танцовщицы, а в следующий момент они обращены к нам спиной, и мы видим лица их партнёров.

Так воображаемые танцоры-магнитики, связанные с протонами, двигались в опытах Блоха параллельно друг другу, и действие их складывалось в заметную величину.

Получалась миниатюрная динамо-машина, статором которой являлась катушечка, а вращающимся ротором – сонмы вальсирующих протонов.

Каждый раз, когда Блох включал, а затем выключал ток в своей большой намагничивающей катушке, он мог слышать в наушниках, присоединённых к схеме, постепенно слабеющий звук. Это пели вальсирующие протоны.

Звук затихал, как только из-за теплового движения молекул воды и влияния магнитных сил, действующих между ядрами и электронами, вальсирующие протоны хотя бы на мгновение сбивались с ритма. В результате таких сбоев исчезал порядок, первоначально созданный в системе протонов сильным магнитным полем катушки. Период вращения сохранялся, но магнитики уже смотрели кто куда и действовали вразнобой.

Стремление и умение обходиться простыми средствами характерно не только для Блоха-экспериментатора, но и для Блоха-теоретика. Он не пытался проследить за поведением каждого протона из бесчисленного количества участвовавших в опыте и учесть все силы, действующие на него. Он понял, что основное и существенное для понимания опыта можно извлечь, рассматривая всю совокупность протонов как некий магнит. Намагниченность этого магнита равна нулю, когда оси протонов хаотически смотрят во все стороны. И становится ощутимой, когда сильное внешнее магнитное поле заставляет их согласованно поворачиваться в одном направлении.

Блох знал, что и стрелка компаса никогда сразу не устанавливается в сторону севера. Она качается вокруг этого направления до тех пор, пока сила трения не погасит её размахи.

Роль силы трения в уравнениях Блоха играли процессы, чрезвычайно широко распространённые в природе: это они заставляют остывать нагретые тела, это они постепенно уменьшают высоту отскока мячика, упавшего на пол. Словом, это релаксационные процессы (так именуются процессы, приводящие к превращению всех форм энергии в тепло и к его рассеянию в пространстве). Процессы, являющиеся неизбежным следствием великих законов термодинамики.

Блох не только уловил момент, когда ядра атомов водорода протоны стали подобны идеальному генератору, но и создал теорию, объясняющую это явление.

Уравнения Блоха позволили понять многие детали поведения намагниченных ядер и электронов, неведомые ранее процессы и явления, обусловленные ими. Впоследствии уравнения Блоха были усовершенствованы, а постоянные величины, введённые им в качестве характеристик изучаемого вещества, были вычислены на основании общих и чрезвычайно мощных методов квантовой физики…

Так искусный эксперимент оплодотворил теорию, а теория в свою очередь объяснила мотивы интуитивной постановки опыта.

Последующий шаг в понимании явлений, связанных с магнитными свойствами электронов и ядер, сделал Б. Н. Провоторов.

ФИЗИК И ВАРЁНОЕ ЯЙЦО

По складу ума и по образованию Б. Н. Провоторов – физик широкого диапазона. Он рано понял, что теория размагничивания противоречива. И начал искать возможность связать концы с концами. Суть его теории легко продемонстрировать мысленным опытом.

Заглянем в лабораторию некоего физика в тот момент, когда он занят совсем не профессиональным делом: запалив две горелки, ставит на газовую плиту ведро и маленькую кастрюльку с водой, а затем опускает в них по сырому яйцу. Подождём, пока вода в каждом из сосудов закипит и он выключит горелки. Что произойдет после этого? Ничего. Физик сядет на табурет перед плитой и, глядя на ведро и кастрюльку, конечно, погрузится в раздумья…

Что ж, и нам придётся составить ему компанию. Можно ли предсказать, что будет с каждым из яиц после того, как вода в соответствующих сосудах остынет настолько, что яйца можно безопасно извлечь рукой?

Каждая хозяйка знает, что, вынув яйцо из только что остывшей маленькой кастрюльки, его нужно быстро положить на стол, иначе рискуешь обжечь руку. Внутренность яйца ещё долго остаётся горячей и вновь нагревает скорлупу, не охлаждаемую более водой.

Но в остывшем ведре всё яйцо, включая его внутреннюю часть, успеет остудиться практически до той же температуры, что и окружающая его вода (конечно, если подождать достаточно долго, то успеет охладиться и яйцо, лежащее в кастрюльке).

Учёные, развивавшие вплоть до начала шестидесятых годов теорию парамагнитной релаксации, единодушно исповедовали «ведёрную» модель явления: электроны и ядра внутри твёрдого тела ведут себя подобно яйцу в большом ведре. Взаимодействие всех частей сложной системы, именуемой веществом, происходит так, как между яйцом и водой в ведре: температура «яйца» и «воды» в любой момент времени практически совпадает.

И только молодой советский физик Провоторов обратил внимание на то, что убеждение, по существу, ни на чём не основано. Он утверждал, что гораздо лучшей моделью могло бы послужить яйцо в маленькой кастрюльке. Не предположив, что температура в разных частях яйца различна, невозможно понять, как сваренное в маленькой кастрюльке яйцо может сохранить жидкий желток, окружённый твёрдым белком. Это небольшое на первый взгляд уточнение привело Провоторова к далеко идущим выводам.

У него начала созревать теория, которая сегодня во всём мире называется провоторовской. Он же придал своей концепции безупречную математическую форму.

Однако случилось так, что его теория некоторое время напоминала чеховское ружьё, праздно висящее на сцене. Большинство физиков не придало значения работам Провоторова, не усмотрело в них возможности получения новых результатов.

Никто не ожидал, что его «ружьё» может выстрелить.

Некоторые коллеги, те, которые обычно при появлении незаурядных неапробированных работ презрительно говорят: «Это чушь», а потом, после их признания: «Это банально, это давно вытекает из моих работ», критиковали Провоторова.

Мыслящие учёные оценивали его открытие более объективно, говоря: «Да, это новая теория, и её новые усложнённые уравнения хорошо описывают известные явления, но и старая теория описывает их достаточно точно. Зачем же усложнять?».

А были и такие, кто просто не понял, что к чему. Некоторые не понимают и по сей день. Физики приводят такой курьёзный пример. В 1961 году в Москве была организована французская выставка с научной экспозицией. Она сопровождалась пояснениями и лекциями французских учёных. Одну из них читал видный специалист по ядерному магнетизму Анатоль Абрагам.

В своей области Абрагам авторитет, и послушать его пришли многие советские специалисты, работающие над теми же проблемами. Был там и Провоторов и подарил Абрагаму одну из своих статей. Он ждал, что же скажет ему старший коллега? Но коллега ничего не сказал и, как потом признался, не мог ничего сказать. Он не понял.

Даже после того как Провоторов защитил докторскую диссертацию, написал несколько статей и его теория стала популярной, многие ещё спрашивали: «А зачем это нужно?»

Неизвестно, как долго продолжалось бы такое положение, если бы провоторовские идеи не привлекли внимания молодой женщины-физика Маи Родак.

Отношение ко всем жизненным проблемам у Маи всегда было серьёзным и решительным. Так повелось ещё с военной юности.

После двух курсов одесского физфака она ушла на фронт. Сначала ушёл в ополчение отец, подала заявление в военкомат мать. Мая ждала своей очереди. Ещё до войны сдала комплекс ВС-2 – ворошиловский стрелок… Ожидая ответа военкомата, училась на курсах медсестёр. Но медицину не любила и выпросила назначение в зенитную артиллерию. Так она попала в самое пекло – под Сталинград.

После Победы – МГУ, затем – шесть лет преподавания и, наконец, научная работа в Институте радиотехники и электроники Академии наук СССР (ИРЭ). Здесь включилась в одну из самых интересных тем современной физики: создание квантовых парамагнитных усилителей – мазеров, включилась как физик-теоретик.

Продумывая детали провоторовской точки зрения на свойства веществ, называемых парамагнитными, Родак почувствовала, что в этом подходе таятся возможности, намного более серьёзные, чем обещанные общепризнанными теориями ученика Гортера – Блумберхена и лауреатов Нобелевской премии Парсела и Паунда. Теориями, прочно вошедшими во все учебники.

Исследуя парамагнитные вещества при помощи радиоволн, учёные наблюдают результат поглощения атомами или ионами сравнительно слабых радиоволн, испускаемых маломощными источниками. При этом приборы регистрируют не единичные акты, при которых отдельный ион или атом поглощают квант электромагнитной энергии – фотон радиодиапазона, а суммарный эффект, складывающийся из множества таких актов.

Если в ходе опыта изменяется не мощность, а только длина волны, воздействующей на вещество, то на экране осциллографа или на ленте самописца возникает кривая, отображающая зависимость интенсивности поглощения от длины волны. Это знакомая нам спектральная линия, расположенная в диапазоне радиоволн.

Обычно форма спектральной линии симметрична, она выглядит одинаково по обе стороны от вершины, опускаясь от неё плавными крыльями. Она похожа на равносклонную горку…

Всё это – от момента облучения вещества радиоволной до появления спектральной линии, соответствующей этому опыту, – совсем недавно считалось непротиворечивым, доказанным всеми опытами и теориями парамагнитных явлений.

Мая Родак сломала эту красивую горку и вместо неё нарисовала довольно странную асимметричную кривую.

И на протесты упрямо отвечала, что именно такая горка иллюстрирует истинное положение вещей в парамагнитных веществах.

Проследим же за ходом её рассуждений. Всё началось с того, что она решила вернуться к вопросу о том, что произойдёт, если увеличить мощность источника радиоволн. Учебники, исходя из общепризнанной теории Блумберхена, отвечали: по мере увеличения мощности ширина кривой, изображающей спектральную линию, будет увеличиваться, а её высота – уменьшаться до тех пор, пока при достаточно большой мощности кривая не исчезнет. Здесь не было ничего странного. Это явление называется насыщением поглощения. Вещество насыщается радиоволной – так предсказывала теория. Поглощение практически прекращается. Ослабление радиоволн становится малым. Оно связано с рассеянием и с процессами релаксации, сопровождающимися выделением тепла.

Теория предсказывала и ещё один эффект.

Пусть, кроме маломощного генератора радиоволн, длина волны которого изменяется для наблюдения за спектральной линией, на вещество действует второй генератор. И пусть длина его волны во время опыта остаётся постоянной, а мощность изменяется. Что станет с наблюдаемой спектральной линией по мере увеличения мощности второго генератора, если длина его волны расположена в пределах спектральной линии?

Теория отвечала: спектральная линия будет насыщаться. По мере увеличения мощности второго генератора её ширина будет расти, а высота уменьшаться, пока она не исчезнет совсем. Об этом мы уже знаем. Для учёных это явление было непреложной и доказанной истиной. Так, говорила теория, будет всегда, если длина волны второго генератора останется в пределах спектральной линии.

Всё казалось столь ясным, что никто не проделал соответствующего опыта! Такова психологическая сила общепризнанной теории.

Родак усомнилась. Она знала, что процессы передачи энергии между частицами вещества сложнее, чем предполагалось при построении общепризнанной теории. (Вспомним о нашем мысленном опыте: яйцо в маленькой кастрюльке остывает иначе, чем в ведре. Изменения температуры яйца могут отставать от изменений температуры воды!) Мощный генератор нагревает вещество. Его энергия, поглощённая парамагнитными частицами, постепенно распределяется между всеми частицами вещества. Если следовать Провоторову, надо выяснить: не возникает ли и здесь отставание температуры одних групп частиц от температуры других групп частиц?