Техника - молодёжи 1961-05, страница 43

тонова представления о времени как о чем-то нсвависнмом от материн, неизменном и равномерно протекающем. Альберт Эйнштейн доказал теоретически, что такие представления неверны. Оказалось, что каждому материальному телу присущ свой собственный ход времени, как присущи, скажем, своя масса или своя скорость.

— Почему же в таком случае, — восклицают «опровергатели» теории относительности, — у летчиков иа реактивных самолетах часы идут точно так же, как иа вемле? Ведь если в результате быстрого движения у них ход времени, как говорит Эйнштейн, замедляется, то часы иа летящих самолетах должны бы отставать, а сами летчики стали бы моложе своих сверстников, избегающих полетов.

— Потому, — отвечают фиаики,— что релятивистские (то есть связанные с теорией относительности) аффекты обнаруживаются практически лишь при очень высоких скоростях, приближающихся к скорости света. Вот если бы летчики летали со скоростью около 300 тыс. км/сек, тогда дело другое. Они молодели бы с каждым полетом.

Мы не наблюдаем замедления времени со скоростью лишь потому, что все тела нашей практики движутся не свыше 1—2 км/сек. По сравнению с 300 тыс. км/сек вто все равно, что пребывать в покое. Вот и получается, что наш «очевидный мир» есть мир одинаковых скоростей — следовательно, и одинакового хода времени.

Успехи современной науки ввели в человеческую практику явления, где релятивистские аффекты должны проявить себя заметно. К величайшему торжеству теории, оказалось, что всюду, где вти аффекты должны обретать весомость, они действительно обнаруживаются. Идеи Эйнштейна выдержали высший материалистический вкзамен истинности — экзамен практики! Та часть учения Эйнштейна. которая называется специальной теорией относительности и которая изучает равномерно и прямолинейно движущиеся тела, была подтверждена на опыте.

Но. кроме специальной, есть еще общая теория относительности. Она рассматривает тела, движущиеся как угодно, меняющие свою массу с ускорением. Как обстоят дела здесь?

Оказывается, до последних лет физики были не в состоянии проверить релятивистские аффекты, связанные с изменением веса фотонов — атомов или квантов света. Однако такие же аффекты должны наблюдаться и здесь. Более тяжелые тела (в том числе и фотоны) должны иметь секунды более длинные, чем тела легкие.

Ученые не удивлялись отсутствию практических подтверждений втого предскавываемого теорией гравитационного аффекта. Экспериментаторы просто не располагали достаточно точными часами для проверки вывода Эйнштейна, относящегося к общей теории относительности.

Суть открытия Р. Мёссбаувра в том, что он нашел такие часы, нна-

себя, как жидквя капля. Если ядро возбуждено, оно колеблется, как капля воды или ртути, со строго определенной частотой. Когда ядро колеблется, оно излучает злектромагнитные волны, которые мы незовем гамма-лучами. Испускание воли требует знер-гии: амплитуд* их будет постепенно уменьшаться, тек же кек зетихает скрипичная струна по мере того, кек ее энергия обращается а звук.

В типичном случее частота гамма-лучей может быть 10¹⁸ колебаний в секунду. Тек кек некоторые ядре расходуют свою знергию очень медленно, они остаются вибрирующими относительно большое время, которое измеряется в секундах, днях и даже месяцах. Такие долгоживущие возбужденные состояния ядер называются изомерными состояниями, и их длительность обычно выражается через период полураспада — время, требующееся для того, чтобы интенсивность излучения уменьшилась вдвое.

Возбужденное ядро с большим периодом полураспаде может служить совершенным маятником. Все ядра зтого сорта е точности подобны — в зтом их важное преимущество перед маятниками, сделанными человеком, так кек среди последних не может быть совершенно одинаковой пары. Более того, лредохреняемое от внешних влияний окружающими его злектронеми, ядро колеблется со скоростью, не зависящей от таких внешних условий, как, иапримар, температура или химические изменения. Наконец ядерный маятник не тормозится непредусмотренными силами трения и поэтому совершает с абсолютной регулярностью огромное число колебаний, не требуя, чтобы его подталкивали.

Хороший маятник — зто еврдце хороших чесов, но еще не сами часы. Нужно еще устройство неподобна циферблате со стрелками, которое считало бы качания маятника и таким образом позволяло бы нам узнавать время. Мы не можем прямо считвть колебания вибрирующего ядра. Но мы можем с большой точностью сравнить частоты двух ядерных маятников.

Этот мвтод основан на явлении, похожем не то, когда звуковые волны от колеблющейся струны рояля вызывают резонансные колебения другой струны, находившейся до зтого в покое, но иестроанной на ту жа ноту. Таким же обрезом гамма-лучи, испущенные одним колеблющимся ядром, поглощаются другим ядром того же сорта и заставляют его вибрировать. Когда мы наблюдаем зто, мы знаем, что зги два ядра должны обладать одной и той жв частотой колебаний в очвнь небольших пределех ошибок.

Самым удобным материелом для использования в интвресующих нас резонансных опытах являатся изотоп железе с массой 57. Он получавтея, если взять радиоактивный источник — изотоп кобальтв-57, который имеет период полуреспада 280 дней. Распадаясь так неторопливо, ядра кобальта-57 превращаются а возбужденные ядре железа-57, которые колеблются с частотой 3 X 10^,в колебений в секунду с периодом полуреспада, равным 10—1 сек. (одна десятимиллиоиная секунды). Таким образом, ядро желе

за-57 соваршает, грубо говоря, 10" колебаний в секунду.

Узкий пучок волн, излучаамых возбужденным атомом, направляется на другой образец железа, содержащий стебильные ядра железа-57. При ра-зоиансе стабильные ядра сильно поглощают знергию пучка и, становясь, в свою очаредь, возбужденными, па-реизлучают ее во асах направлениях. Специальный измеритель-счетчик, помещенный зе поглотителем (на одной линии с падающим пучком волн), фиксирует резкое ослабление пучка. В то же время счетчик, помещенный близ поглотителя под прямым углом к направлению пучке, указывает на

возрастание зиаргии излучения, испу-скаемого уже ядрвми поглотителя.

Теория ядерного резонанса существует уже несколько лет; подтверждающий ее зкеперимент сравнительно легок. Почему же он не был сделан раньше? Причина состоит в том, что до работ Мбосбеузра ряд вторичных аффектов делали наблюдение ядарного резонанса очень трудным.

Чтобы объяснить зти эффекты, откажемся от упрощенной клессической картины ядерного излучения и рассмотрим некоторые его квантовые стороны. С зтой точки зрения возбужденные ядра не теряют своай зиаргии постепенно путем излучения непрерывной волны во всах направлениях. Вме-сто зтого в некий непредсказуемый момент ядро резко переходит из возбужденного состояния в стабильное, или «основное», испуская «пакет» излучение в каком-либо одном, тоже непредсказуемом, направлении. Этот «паквт» волн, или квант, излучения несет количество зиаргии, равное разнице в энергиях между возбужденным и основным состояниями излучающаго ядра. Процесс поглощения происходит в обратном порядке. Ядро в основном состоянии поглощает квант излучения и переходит е возбужденное состояние. Некоторое время спустя оно возвращается в основное состояние и переизлучаат знергию как новый квант.

Как показал много лет незед Эйнштейн, зиергия кввите пропорциональна частоте и растет с нею. Теким обрезом, в определенном смысле слова «энергия» и «частота» могут употребляться в квантово-мехеническом языка взаимозаменяемо.

Когда ядро испускает кеент излучения, оно испытывает отдечу в противоположном напреелении, как ружье, когда из него вылетает пуля. В обоих случаях испытывающая отдачу масса берет на себя честь выделяющейся энергии, и пуля или квант испускаются уже с энергией несколько меньшей, чем теоретически возможиея.

В результате кек линия излучения, тек и линия поглощения в спектре энергий смещаются. В случае железа-57 энергия, затрачиваемая на отдачу, составляет около 1С-* (одной тысячной) электроиояольте. По сревнению с знергивй кванте она, конечно, мела,