Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

Аномалия требовала отдельного расследования. Поначалу решили оградить прибор от внешних воздействий заслоном из свинца. Но тут ассистентам Ферми пришлось уйти — принимать у студентов экзамены, и нетерпеливый Ферми решил продолжать эксперимент сам. О том, что случилось дальше, Ферми рассказал в письме своему будущему коллеге, знаменитому космологу Субраманьяму Чандрасекару:

Вот как я пришел, вероятно, к самому важному из моих открытий.

Мы весьма активно работали над индуцированной нейтронами радиоактивностью, однако результаты получались абсолютно бессмысленными. И тут вдруг меня посетила мысль: а что, если на пути у падающих нейтронов поставить кусок свинца? С огромным трудом мне удалось добыть аккуратно изготовленный образец для эксперимента. Однако что-то меня смущало, и я был рад любому поводу оттянуть эксперимент со свинцом. Когда, наконец, я все-таки собрался уже установить его куда следовало, я вдруг подумал: “Стоп, кусок свинца мне тут не нужен, а нужен кусок парафина”. Это случилось неожиданно, безо всякой видимой причины. Я тут же взял первый кусок парафина, какой попался под руку, и установил его там, где минуту назад хотел поставить свинец.

Ферми тут же получил резкий скачок вверх активности мишени. Он велел срочно созвать Сегре и остальных сотрудников в лабораторию, чтобы те увидели поразительный эффект своими глазами. Сегре решил, что счетчик радиоактивности просто сломался, и его потом долго убеждали, что он ошибается. Ужиная дома с женой (как он поступал всегда, что бы ни случилось с ним днем), Ферми размышлял: если эффект от парафина настолько велик, а еще активация зависит от того, на мраморном столе или на деревянном ставят опыт — то, возможно, нейтроны замедляются в столкновениях с ядрами водорода (то есть протонами, масса которых почти совпадает с массой нейтрона), а уж водорода в парафине или дереве хватает с избытком. И что, если — вопреки изначальному предположению — легче всего поглощаются медленные, а вовсе не быстрые нейтроны?

Ферми вернулся в лабораторию и вместе с ассистентами вынес источник нейтронов и серебряную мишень к пруду посреди институтского сада. Водород, содержавшийся в воде и в золотых рыбках, вел себя точно так же, как и водород в парафине. После были перепробованы и другие легкие элементы, которые тоже срабатывали, но неизменно хуже, чем водород, — тот при столкновении отбирал у нейтрона наибольшую часть импульса. Написанную вскоре статью отправили в лучший итальянский физический журнал. Так была открыта новая глава в истории атомной физики (и в истории теорий, которые в конце концов привели к созданию атомной бомбы). Знаменитый физик-теоретик Ганс Бете говорил, что поглощение медленных нейтронов могло бы остаться неоткрытым, не будь Италия столь богата мрамором — тут даже лабораторная мебель делается из этого дорогого камня.

Совсем недавно обнаружились новые детали. Два итальянских физика узнали, что человек, в 1934-м работавший смотрителем лаборатории, дожил до столетия Ферми, которое отмечали в 2001-м. По его воспоминаниям, уборщица Цеза-рина Марани ежедневно мыла мраморные полы в коридоре и как раз тогда оставила три ведра воды под лабораторной скамьей. Позже ассистенты Ферми их заметят, а влажный воздух над ведрами признают источником столь важного для эксперимента водорода.

История со всеми ее захватывающими деталями излагается в замечательной книге: Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon & Schuster, New York, 1988J.

Пифагор, или Как сохранить целостность теории

Пифагор из Самоса (ум. в 510 году до н. э.), известный каждому школьнику своим квадратом гипотенузы, основал великую математическую школу, которая занималась как практическими, так и философскими вопросами. Пифагорейское братство состояло из боо энтузиастов, отрекшихся от мирских помыслов и посвятивших себя целиком наукам. У историков принято считать Пифагора смутной фигурой с неясной биографией (к примеру, некоторые полагают, что теорема Пифагора, скорее всего, принадлежит не легендарному Пифагору, а другому человеку с тем же именем). Тем не менее философ Порфирий спустя примерно 8оо лет после смерти ученого смог довольно подробно изложить его биографию. Многовековой славой Пифагор обязан не только математике, но и открытию законов музыки — численного соотношения интервалов гармонического ряда. Согласно легенде и по свидетельству Ямвлиха, одного из последователей Порфирия, дело было так.

Проходя мимо кузницы, Пифагор услышал звук молотов, которыми били по куску железа на наковальне — и все они, кроме одного, порождали гармоничные созвучия. Однако же он распознал в этих созвучиях октаву — если брать каждый пятый и каждый четвертый. Он осознал, что звук между четвертым и пятым (неполный четвертый, как он назовет его позже) сам является диссонансом, и все же дополняет собой величайшее созвучие из возможных.

Пифагор пошел дальше — он заметил, что интервалы между нотами, происходящими от ударов разных молотов, образуют пропорцию с тоном этих нот. Как предполагают, затем он принялся подвешивать тяжести на струнах из кишок и открыл, что то же отношение сохраняется между весом груза (или натяжением струны) и нотой, которую струна издает. А потом при помощи монохорда (это примитивный инструмент с одной струной) Пифагор продемонстрировал отношение между длиной струны и музыкальным интервалом, связав таким образом музыку с абстрактным миром чисел. Так он подтвердил свое учение, в котором утверждалось, что все явления в природе управляются законами математики.

Один из главных принципов системы Пифагора — рациональность всех числовых постоянных природы (таких, как число “пи”, отношение длины круга к его диаметру); иными словами, подобные числа должны выражаться отношением двух целых, да и Вселенная, во всех своих проявлениях, может быть описана с помощью только целых чисел и дробей.

И все же Пифагор был неправ. История гласит, что Гиппас, юный ученик Пифагора, искал рациональное выражение для квадратного корня из двух, когда вдруг ему пришло в голову доказательство, что такого быть не может — то есть корень из двух иррационален. Гиппас, скорее всего, был восхищен этим фундаментальным открытием, однако Пифагор не смог признать крушение своей картины мира и, не найдя аргументов против доводов Гиппаса, устранил проблему, приказав утопить юного математика. “Отец логики и математического метода, — заявляет Саймон Сингх, — насилие предпочел поражению в науке. Непризнание Пифагором иррациональных чисел — самая постыдная ошибка и величайшая трагедия всей греческой математики. Иррациональные числа были воскрешены только после смерти Пифагора”.

Справедливости ради стоит заметить, что иррациональные числа и сейчас подвергаются тяжелым испытаниям, которые устраивают им отдельные математики. Двое русских из Нью-Йорка, братья Чудновские, уже сосчитали восемь миллиардов десятичных знаков числа “пи” и в надежде найти повторяющуюся последовательность готовы дойти до триллиона.

Легкая в чтении и занимательная книга: Singh, Simon, Fermat’s Last Theorem (Fourth Estate, London, 1997).

Как найти высоту дома с помощью барометра

Как-то на экзамене по физике в Копенгагенском университете профессор спросил одного из студентов:

“Расскажите, как найти высоту небоскреба с помощью барометра”.

Молодой человек ответил так: “Нужно привязать к барометру длинную нить, затем спустить барометр с крыши небоскреба на землю. Длина нити плюс длина барометра дадут нам высоту здания”.

Этот оригинальный ответ настолько “обрадовал” экзаменатора, что студент ушел с экзамена с двойкой. Уверенный в своей правоте, он подал апелляцию, и тогда университет доверил разрешить конфликт независимому арбитру.

Арбитр постановил: ответ действительно правильный, но не свидетельствует о сколь-либо заметном знании физики.

Для окончательной определенности студента решили вызвать снова и предоставить ему шесть минут для устного ответа, который бы показал как минимум знакомство с основными законами физики. Пять минут студент просидел в молчании, сморщив в задумчивости лоб. Арбитр напомнил, что время истекает, на что юноша сказал, что у него есть несколько ответов, только вот он никак не решит, какой из них выбрать.

Когда ему посоветовали поторопиться, студент начал так:

“Во-первых, можно вылезти с барометром на крышу небоскреба, сбросить его оттуда и засечь время, за которое он долетит до земли. Высота здания выводится по формуле Н=о.5gt2, но барометра мы лишимся.

Или, — продолжал он, — если на улице солнечно, можно измерить высоту барометра, затем поставить его вертикально и измерить длину тени. Затем, зная длину тени небоскреба, из простой арифметической пропорции получить его высоту.