Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

— Конца чего? — спросил один из слушателей.

— Конца эпохи, открывшейся версальским мирным договором, — последовал ответ.

— Что будет дальше? — продолжал Эйнштейн. — Победа фашизма в Европе? Да, наверное. А потом?.. Не трагично ли, что в тот самый момент, когда мы занимаемся с вами вопросом, что произойдет вот с этим электроном, — он показал на знаки, начерченные мелом на доске, — в эти мгновения льется потоками кровь и решаются судьбы человеческого рода… Мне страшно, да, мне страшно за человечество!

— Но есть же на свете сила, прокладывающая путь к лучшему будущему! — нетерпеливо воскликнул один из участников семинара.

Эйнштейн внимательно посмотрел на говорившего и задумчиво сказал:

— Я знаю, что вы имеете в виду. Да, это единственная надежда. — И, круто повернувшись к доске, перешел к начерченным на ней выкладкам.

3

Предметом научного сообщения, послужившего поводом для его прихода сюда, в кирпичное здание Файн-холла, был удивительный поворот, заставивший еще раз вспомнить о частной теории относительности. Уравнения новой механики, как знает читатель, охватывают область сверхбыстрых (соизмеримых со скоростью света) движений тел» Уравнениям этим, как полагали некоторые, суждено было поэтому навсегда остаться занятной игрой ума, лишенной какого-либо практического значения. История посмеялась над этими пророками.

Начало тридцатых годов вызвало к жизни новый вид машин: лабораторные физические установки, в которых потоки атомных телец: электронов, протонов, альфа-частиц — разгонялись до скоростей и кинетических энергий, исчисляемых миллионами — пока еще только миллионами — электроновольт. Не было ясно — мы говорим об эпохе тридцатых годов, — не было ясно еще, до каких пределов дойдет эта гонка энергий и скоростей и куда приведет физику эта новая область лабораторной техники. Одно лишь было очевидно: изучение глубоких недр вещества немыслимо без этих мощных и тонких механизмов, и любая страна, озабоченная будущим своей науки, не могла остаться в стороне от них. Важной вехой — весной 1930 года — явилось изобретение калифорнийца Эрнеста Лоуренса. Протоны или другие ядерные заряженные частицы, введенные в циклотрон, — так была названа установка, придуманная Лоуренсом, — подхватываются совместным действием магнитного и электрического полей. Магнитное поле заворачивает пучок частиц по кругу. Переменное электрическое поле подстегивает их короткими толчками всякий раз, когда частицы минуют полуокружность. После каждого толчка скорость увеличивается, что заставляет ускоряемый пучок переходить на окружность все большего и большего радиуса (чем быстрее частица, тем труднее магнитному полю искривить ее путь). Совершив таким способом сотни оборотов по раскручивающейся постепенно спирали, приблизившись, наконец, вплотную к стенке камеры[62], протоны вылетают сквозь окошко наружу, к поджидающей их мишени.

Начав со сравнительно небольшой установки, умещавшейся на лабораторном столе, Лоуренс к 1939 году превратил свой циклотрон в довольно внушительное сооружение. Вес одного лишь электромагнита в нем достигал 200 тонн, а диаметр полюсных наконечников магнита — полутора метров. Описав около 300 полных оборотов и набрав до 8 миллионов электроновольт энергии, протоны, выброшенные этой огромной пращой, оказывались в распоряжении экспериментатора… Можно ли было рассматривать эту машину как предел достигнутых возможностей? Конструкторы-практики отклоняли подобную мысль. Предполагалось строить новые установки того же типа, все больших и больших размеров.

Новое и давно учитываемое теоретиками обстоятельство опрокинуло эти надежды! Рост скорости частиц и постепенное ее приближение к скорости света обещали неминуемо привести к известному результату: расчеты обычной, ньютоновской механики должны были перестать служить, и циклотроны, построенные по этим расчетам, выйти из строя. Что следовало ожидать конкретно? Механика теории относительности предсказывает, как известно, резкое возрастание массы любого тела по мере приближения его скорости к быстроте света. Масса протона, ускорившегося, например, до такой степени, что его энергия движения становится равной 10 миллионам электроновольт, должна увеличиться на 1 процент против «массы покоя». Отяжелевший протон начнет ощутимо замедляться, запаздывать в своем движении, что немедленно же нарушит настройку циклотрона. Эта настройка основана как раз на точном равенстве времен обращения частиц по виткам спирали. При нескольких миллионах электроновольт прирост массы может быть еще нечувствительным, и циклотрон будет работать нормально. Начиная с 10–12 миллионов, как предсказывала теория, надо ждать нарушения режима и прекращения работы машины.

Это предсказание оправдалось!

Теория относительности Эйнштейна вторгалась, в первый раз в своей истории, в работу конструкторов и инженеров, вторгалась пока еще отрицательным, лимитирующим образом. Но то был лишь первый этап. Следующим шагом должна была стать реконструкция техники ускорителей частиц на основе теории относительности. Тот же самый закон природы, который в одних условиях создает преграду для человека, может быть обращен, может быть повернут, как бывало уже не раз, на преодоление преграды! Это было сделано без промедления. Первые варианты новых идей, вынесенные на заседание принстонского семинара, были доложены и обсуждены в присутствии Альберта Эйнштейна.

Проект установки, получившей позже название «бетатрона», предусматривал, в частности, возможность огромного убыстрения легчайших атомных телец-электронов, для которых «релятивистский»[63] рост массы практически сказывается уже на самых ранних этапах разгона. (Электроны почти в 2 тысячи раз легче протонов, и вследствие этого они набирают скорость, при прочих равных условиях, в 2 тысячи раз более быстрым темпом, чем протоны.) Уже при кинетической энергии в 2 миллиона электроновольт электроны мчатся с быстротой, равной 98 процентам скорости света, и масса, их увеличивается вдесятеро по сравнению с массой в состоянии покоя! Весь расчет работы электронных ускорителей, от начала и до конца, должен, таким образом, вестись на основе механики теории относительности. Наиболее полный и точный расчет такого рода — Эйнштейн прочитал об этом с нескрываемым любопытством в одном из научных журналов — был произведен вскоре русским физиком Яковом Терлецким из Московского университета Ломоносова, и русские же ученые Иваненко и Померанчук выяснили в дальнейшем теоретический предел для увеличения энергии частиц в бетатроне.