Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Радунская Ирина Львовна

Но не невозможность сверхсветовой скорости явилась причиной тому, что указание Кельвина не получило дальнейшего развития и было забыто. Объяснение давней истории дал в 1961 году Франк. Он писал:

«Высказывание такого крупного физика, как Кельвин, разумеется, не могло быть забыто случайно. В нем, как вскоре выяснилось, содержалась существенная ошибка. Как ни странно, эта ошибка состояла в том, что Кельвин не довел свою аналогию со звуковыми волнами до конца.

…Теперь известно, что если сопоставить возникновение электромагнитных волн в среде с упругими волнами, то аналогия эффекта Вавилова — Черепкова с

волнами Маха проявилась бы полностью. Однако во времена Кельвина такая постановка вопроса была бы крайне надуманной. Принималось, что свет распространяется в среде, которую называли мировым эфиром, и пытались наделить его своеобразными упругими свойствами. Поэтому в то время естественно было искать аналогию между свойствами волн в эфире и упругими акустическими волнами. Рассматривать движение заряженной частицы в плотной среде не было оснований, тем более что такой случай, как движение атома в плотной среде, не представлялся реальным».

После того как теория относительности стала общепризнанной, а предельная роль скорости света в пустоте стала одной из фундаментальных основ науки, высказывание Кельвина отошло в прошлое вместе с эфиром. Впрочем, предыстория этим не закончилась. В 1904 году выдающийся физик-теоретик Зоммерфельд рассчитал силу, тормозящую движение заряда, летящего со сверхсветовой скоростью в пустоте. Это было за год до создания теории относительности, а эксперименты с катодными лучами — заряженными частицами, летящими в пустоте, — привлекали всеобщее внимание.

На эту работу Зоммерфельда указал Тамму и Франку замечательный советский физик А. Ф. Иоффе. Об этом можно прочитать в статье Тамма и Франка, содержащей первое и безупречное объяснение опытов Черенкова. Теория относительности передала работу Зоммерфельда в архив науки, несмотря на то что расчеты в ней были верны. Однако верные расчеты относились к нереальному случаю сверхсветовой скорости в пустоте.

Но и это не было началом предыстории. В начале 1974 года А. А. Тяпкин направил в редакцию журнала «Успехи физических наук» письмо «О первом теоретическом предсказании излучения, открытого Вавиловым и Черенковым».

Тяпкин пишет, что недавно, просматривая работу О. Хевисайда «Об электромагнитных эффектах при движении электризации через диэлектрик», опубликованную в 1889 году, он обнаружил в ней параграф, специально посвященный движению заряда через диэлектрик со скоростью, превышающей скорость распространения света в диэлектрике. Тяпкин, обращаясь к физикам, не считает нужным подчеркнуть, что речь идет о движении заряда в диэлектрике, а не в пустоте. Что Хевисайд рассматривает задачу, точно соответствующую условиям опыта Черепкова. Вместо этого он приводит цитату из статьи Хевисайда.

Хевисайд пишет: «Ясно прежде всего, что здесь совсем не может быть возмущения впереди движущегося заряда (точечного для простоты)».

Отметим два обстоятельства. Первое — «здесь» указывает на условия, для которых проводится расчет: для заряда, движущегося быстрее скорости света в диэлектрике. Второе — Хевисайд строит свою теорию впрок. В то время электрон еще не был открыт и никто не знал ничего о возможности движения точечного заряда внутри диэлектрика. Так теория прокладывает путь эксперименту. Путь в будущее.

Результат Хевисайда таков: сферические волны, излучаемые движущимся зарядом, образуют коническую волну, в вершине которой — сам заряд.

Вновь возникает вопрос: почему предсказание Хевисайда прошло незамеченным и почему сам Хевисайд не возвратился к этой проблеме после открытия электрона, после открытия радиоактивности, после открытия космических частиц? Этот вопрос совсем недавно (в 1984 году) обсуждал Франк. Он считает удивительным, что Хевисайд пишет о движении заряда в диэлектрике, а не в пустоте, и) находит ответ у самого Хевисайда:

«…Следует отметить, что сказанное выше не является описанием того, что имело бы место, если бы заряд заставили двигаться через эфир со скоростью, в несколько раз превышающей скорость света, об этом я ничего не знаю; но это описание того, что случилось бы, если Максвеллова теория диэлектриков справедлива для рассматриваемого случая и если я не ошибаюсь в ее интерпретации».

Франк отмечает, что Хевисайд опасается считать теорию применимой к скоростям, превышающим скорость света в пустоте, что он, рассмотрев движение заряда со сверхсветовой скоростью в диэлектрике, оказался в этом вопросе более проницательным, чем Кельвин и Зоммерфельд.

Мысленный опыт Хевисайда не противоречил теории Максвелла для диэлектриков, хотя он и делает оговорку: «…если я не ошибаюсь в ее интерпретации».

Еще один вопрос к предыстории. Почему так долго после начала систематических исследований радиоактивности никто не обнаружил излучения Вавилова — Черенкова?

Научные журналы хранят статьи М. Малле, который в 1928–1929 годах опубликовал несколько работ по наблюдению свечения жидкостей под действием гамма-лучей.

Он установил, что в нескольких жидкостях наблюдается свечение, обладающее во всех случаях одинаковым и сплошным спектром. Он высказал предположение, что наблюдаемое им свечение, возможно, универсально. Теперь ни у кого не возникает сомнения в том, что Малле наблюдал излучение Вавилова — Черенкова. Но он не разобрался в увиденном, не изучил характеристик явления, необходимых для правильного понимания его природы, для разработки теории явления.

Малле остался в плену обычных работ по исследованию люминесценции. Отметив необычность своих наблюдений, он не пошел дальше. Он не вышел за пределы обычных экспериментов.

Мы знаем, каких усилий потребовал простой вывод Вавилова — «это не люминесценция».

Черенков, в отличие от Малле, пользовался новым методом, методом, разработанным Вавиловым и Брумбергом практически перед его опытами. Этот метод основан на сравнении интенсивности слабого излучения с порогом зрительного восприятия глаза, адаптированного к темноте. Никаких методов, сравнимых с этим по точности и чувствительности, тогда не существовало.

И еще одно обстоятельство. В сложных ситуациях неожиданный результат опыта редко приводит к открытию, если своевременно на помощь не приходит теория. Здесь они шли рука об руку.

И в заключение: многовековая история науки свидетельствует о том, что открытия — плоды индивидуального творчества. Здесь же впервые открытие осуществлено коллективно. У него четыре автора.

Если относить к предыстории все, что происходило до 1937 года, до выхода из печати статьи Тамма и Франка, объяснившей во всех деталях эффект Вавилова — Черенкова, то нельзя обойти молчанием курьезный случай, живо описанный Франком.