Цепная реакция идей

Тамм и Франк в 1937 году построили количественную теорию излучения Черенкова. Согласно этой теории электрон, как и любая другая частица, движущаяся в прозрачной среде со скоростью, превышающей скорость света в данной среде (она называется фазовой скоростью), должна сама излучать свет. Частицы иногда обладают такой большой энергией, что могут проходить значительный путь в прозрачной среде.

Быстрые электроны, испускаемые радиоактивными веществами или выбиваемые в веществе гамма-излучением, в большинстве случаев имеют скорость, превышающую скорость света в пустоте на одну десятую и меньше, следовательно, они должны сами излучать свет.

Электрон, движущийся в плотной среде, сопровождается V-образной волной — ее можно сравнить для наглядности с ударной волной, которая образуется за снарядом, летящим со скоростью больше скорости звука в воздухе.

Можно получить экспериментально частицы, двигающиеся со скоростью, превышающей скорость света в данной среде. Такое движение электронов и вызывает эффект Черенкова. Принцип теории относительности Эйнштейна, гласящий, что частицы не могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света в пустоте, не нарушается.

Излучение Черенкова можно наблюдать не только при взаимодействии электронов с веществом, как в опытах Черенкова. Оно возникает и в случае взаимодействия с веществом других заряженных частиц: мезонов, протонов и т.д.

Теория Тамма и Франка объяснила эффект Черенкова с точки зрения классической электромагнитной теории. Она полностью подтвердилась экспериментами и дала огромный толчок множеству исследований, проведенных в Советском Союзе и во многих странах мира.

Позднее эффект Черенкова был объяснен с точки зрения квантовых представлений учеником Тамма академиком Виталием Гинзбургом.

Б начале считали, что свечение Черенкова не имеет практического значения, хотя само по себе представляет интересное физическое явление. Однако оказалось, что в оптическом диапазоне спектра электромагнитных волн оно может служить очень эффективным методом регистрации отдельных частиц и даже измерения их энергии. При движении через вещество заряженной частицы, например электрона, протона, мезона и других, в нем возникает световая вспышка, которую можно зафиксировать с помощью прибора фотоумножителя. Именно это свойство было использовано для создания счетчиков Черенкова. Эти счетчики получили широкое применение в экспериментальной физике, особенно в физике высоких энергий.

Счетчики Черенкова применяются для регистрации быстрых заряженных частиц и для определения их свойств; направления движения, величины и знака заряда и т.п. Частица, попавшая в счетчик, регистрируется практически мгновенно, это очень важно. Люминесцентные (сцинтилляционные) счетчики частиц не обладают таким быстродействием. Это объясняется тем, что в люминесценции существует так называемое время высвечивания, вызывающее задержку регистрации. Следовательно, если частица короткоживущая, т.е. время ее существования меньше времени высвечивания, то ее нельзя зарегистрировать сцинтилляционным счетчиком.

Свойство счетчиков Черенкова регистрировать частицы мгновенно позволило использовать их в одном из наиболее интересных в последние десятилетия открытий ядерной физики: открытия античастицы — антипротона. Американский физик, итальянец по происхождению, Эмилио Сэгре открыл эту удивительную частицу, использовав в своих опытах целую систему счетчиков Черенкова. Антипротон — короткоживущая частица. За открытие антипротона Эмилио Сэгре получил в 1959 году Нобелевскую премию. Позднее он же открыл антинейтроны.

Счетчики Черенкова играют большую роль при изучении частиц, входящих в состав космических лучей. Их устанавливают обычно на космических ракетах, искусственных спутниках и других устройствах для космических исследований.

В начале февраля 1959 года в связи с присуждением Нобелевской премии И.Е. Тамму, И.М. Франку и П.А. Черенкову состоялось их выступление в Москве в Политехническом музее.

Часть своего выступления Тамм посвятил рассказу о том, в какой обстановке вручаются Нобелевские премии. Этот яркий, увлекательный, наполненный живым юмором рассказ позволим себе привести на страницах этой книги относительно подробно, тем более что по нему можно судить о характерной для Тамма манере публичных выступлений.

«Дело происходит следующим образом, — начал Игорь Евгеньевич. — 10 декабря лауреатов утром ведут в Концерт-холл. Там предварительно проделывается весь церемониал. Церемониал заключается в том, что лауреаты стоят за кулисами. Зал наполняется, и когда пришла королевская семья и король — играют фанфары.

...Впереди идут чиновники, разукрашенные лентами и орденами. Потом в строгом порядке следуют лауреаты и возле каждого — шведский академик. Доходят до ковра, каждый до определенного цветочка на ковре. Затем делают поклон и садятся, причем это единственный случай, когда все стоят — и король и королевская семья, а лауреаты сидят, причем в строгом порядке, на первом месте физики, потом химики, затем биологи, а у физиков сначала экспериментаторы и т.д. в строго установленном порядке...

Затем по каждой специальности произносится речь представителем Академии наук, который излагает важность работ, сделанных лауреатом. Торжественная церемония достигает своей кульминации... Потом они в определенном порядке спускаются по ступенькам, и король вручает лауреатам очень тщательно и изящно сделанные дипломы. Причем для каждой специальности художник дает новый рисунок на диплом, имеющий отношение к данному открытию. В частности, в моем случае это было фиолетово-синее свечение неизвестно чего. Затем вручается большая золотая медаль. После того, как закончилось вручение премий физикам, музыка играет определенные вещи Баха. Когда вручаются премии химикам, музыка играет Бетховена и так по каждой специальности своя музыка...»

Во время поездки в Швецию Тамм посетил Альфена, которого он считал крупнейшим шведским ученым. Он говорил, что работы Альфена — самое интересное, с его точки зрения, достижение шведской науки. Альфен создал новую область науки — магнитную гидродинамику.

Вполне понятен глубокий интерес Тамма к этой проблеме, если учесть, что к этому времени он уже участвовал в исследовательской работе по термоядерным реакциям, начатой у нас в Советском Союзе по инициативе И.В. Курчатова.

Тамм самым подробным образом ознакомился с исследованиями Альфена, в частности с его работами по изучению явлений, происходящих в плазме.

Игорь Евгеньевич интересовался биологией и внимательно следил за ее поразительным развитием в наше время.

Тамм, разумеется, был не единственным физиком-теоретиком крупного масштаба, внимательно изучавшим актуальные задачи молекулярной биологии, математической генетики и других областей.

Одним из крупнейших физиков-теоретиков, увлекавшихся биологией, был Нильс Бор. Уже давно ученые пришли к мысли о тесной связи между процессами «живой» и «неживой» природы. Многие физики ставили и ставят перед собой задачу найти пути к универсальным законам, объединяющим в равной степени эти процессы. Такие законы можно было бы выражать с помощью математического аппарата, используемого физиками-теоретиками для описания, например, квантовых законов, ядерных взаимодействий и т.д.

Я.И. Френкель также глубоко интересовался биологическими вопросами. Этот интерес у него проявился еще в молодые годы и оставался на всю жизнь. Однажды на семинаре А.Ф. Иоффе Френкель выступил со «странным» докладом о различии между «живой» и «мертвой» природой. И.Е. Тамм в написанной им биографии Я.И. Френкеля счел нужным привести цитату из этого доклада, изложенного Френкелем в виде статьи под названием «Общий характер жизненных процессов». Вот отрывок из статьи:

«Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она ни рассматривалась (механической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь».