Техника - молодёжи 1961-05, страница 44

ио все же в 100 тыс. раз больше, чем ширина линии спектра энергий. В результате линии испускания и поглощения энергии атомами возбужденного и иеаоэбуждеииого железа-57 совершенно расходятся, и резонанса произойти ужа на может.

Если мы представим себе этот процесс не в терминах энергии, а в терминах частоты, тогда изменение частоты можно понять как результат эффекте Доплере. Движущийся источник излучения, будь то гудок пресловутого поазда или возбужденное ядро, испускает волны, которые сжаты бо-лее тесно в направлении впаред и более радко — назад (частота их уменьшеется). Следовательно, излучение ядра, испытывающего отдачу, имает более низкую частоту, чем если бы ядро оставалось неподвижным.

Но если отдача ядра нарушает резонанс за счет уменьшения частоты излучения, то противоположное, компенсирующее такое расхождение движение должно его восстанавливать. Как показали в 1953 году П. Б. Муи и А. Сторрест из Бирмингемского университета, в действительности так и происходит. Они прикрепили источник возбужденных ядер ртути к плечу центрифуги. Когда плечо еращелось с нужной скоростью, они наблюдали восстановление резонанса в стабильных ядрах етомов неподвижного ртутного поглотителя. Скорость, требующаяся, чтобы скомпенсировать ядерную отдачу в возбужденных ядрах ртути, была порядке скорости звука.

Новое заключается в том, что Муи нашел, как скомпенсировать отдачу, Мёссбауэр укезел, как устранить ее. Если мы хотим не дать ружью испытать отдачу, чтобы ася энергия взрывающегося заряда была отдана пуле, мы должны упереть ружье в землю или в какой-либо тяжелый предмат. Это как раз то, что проделел Мёсс-бауэр с возбужденным ядром. Он закрепил его в куске твердого ващества.

При определенных условиях силы, которые удерживеют атомы а кристалле, могут закрепить возбужденные ядра и не деть им испытать отдачу при испускании квантов излучения. Мы не будем подробно разбирать эти условия. Первое из них связано с энергией кванта (которая опрадаляет скорость отдачи). Если эте эивргия слишком велика, то силы связи в кристалле не смогут удержать излучающие ядре, и они вырвутся, пратарлев отдачу.

В своих первоначальных опытах Мёссбеуэр использовал возбужденное ядро иридия-191 с энергией квантов 129 тыс. электроновольт. Для того чтобы закрепить и лишить отдачи хотя бы несколько процентов этих ядер, ему пришлось охлаждать кристалл до температуры жидкого воздуха.

Для изучения детальных свойств ядарного резонансе источник излучения двигается взад и впаред от поглотителя с различными тщательно контролируемыми скоростями и измеряется интенсивность излучения, прошедшего через поглотитель.

Когда в результате устренеиия от

дачи устанавливается резонанс, даже слабое движение источника излучения относительно поглотителя вызывает сдвиг частоты, достаточный для того, чтобы вновь нарушить резонанс, а это озиечает небывалую чувствительность этого явления для наблюдения эффекта Доплера. При помощи ядерного резонанса доплероеские изменения частоты можно обнаружить при смехотворно малых скоростях. Мёссбауэр поместил свой источник иэлучаиия иа вращающийся диск проигрывателя, и резонанс был нарушен! Самыми заманчивыми приложениями резонансного ядерного поглощения кажутся те, * которыа касаются сущности времени.

В соответствии со специальной теорией относительности обычное понятие времени и одновременности справедливо только для наблюдателей, не находящихся в относительном движении. Если часы начальника станции и часы проводника поазда точно согласуются, пока поезд стоит на станции, они разойдутся, когда поезд будет двигаться: каждому из них будет казаться, что часы другого отстают. Это предсказание спрааедливо и в случае ядерных частиц, движущихся со скоростями, близкими к сватовой. Специальная теория относительности ныне надежно покоится иа бесспорной основа. Небезынтересно тем иа менее наблюдать замедление врамеии для макроскопических тел, движущихся со сравнительно

v\ / %

низкими скоростями. Больше того, оказывается возможным проверить одно следствие замедления времени, которое никогда достоверно не наблюдалось, — поперечный эффект Доплера.

Представляя себе обычно эффект Доплера, мы предполагаем, что изменение частоты обнаруживается в направлении движения источника колебаний, но никак не в направлании, попаренном движению. Однако теория относительности укезывает, что должно существовать малое уменьшение частоты в поперечном направлании, так как неподвижному наблюдателю колебания движущегося источника будут казаться замедленными. Эксперимент по измерению поперечного эффекте Доплере был проведан в Англии Н. Дж. Хэем, Дж. П. Шиффвром, Т. Е. Крэншоу и П. А. Эгельстаффом. Они поместили источник возбужденных ядер железа-57 в центре вращающегося диска, поглотитель — на его краю, в детектор—> позади источника. Когда диск арещелся со скоростью 500 оборотов в секунду, скорость счета была иа 4% выше, чем когда диск был неподвижен, что указывало иа расстройку рвзонанса мвжду поглотителем и источником из-за поперечного движения. Это тот эффвкт, который ожидается вследствие замедления времени.

Современные физики склонны варить в справедливость общей теории относительности по эстетическим причинам, так как она очень элегантна математически и удовлетворительна

че говоря — достаточно тонкий инструмент для проверки гравитационного изменения хода времени.

Как понять выражение «вес фотонов» > Конечно, вто нечто иное, чем вес горошины или дробинки.

В одной среде скорость света величина постоянная. В пустоте, например, она равна знаменитой величине 300 тыс. км/сек. Значит, если фотонам придавать дополнительную анергию или отнимать анергию от них (по Эйнштейну вто равносильно увеличению или уменьшению массы фотонов), вто не увеличит и не уменьшит их скорости, что произошло бы, если бы речь шла о полете дробинок.

Изменение анергии — и веса фотонов — выразилось бы лишь в одном: в изменении частоты электро-магнитного колебания (ведь свет не только поток -фотонов, но и колебательный процесс определенной частоты). Больше колебаний в единицу времени — больше анергии в кванте света — фотон тяжелее. Меньше частота — фотон легче.

Фотоны, испускаемые ядрами атомов, имеют строго постоянную частоту. Это идеальнейшие часы в природе. Если б человек мог уменьшиться до величины фотона и, предположим. летел бы вместе с ним с вершины башни на земную поверхность со световой скоростью, он мог бы считать себя обладателем самых точных часов в мире. С ним, однако, не согласится наблюдатель на земле: он будет считать (и по-своему будет прав), что фотон на вершине башни весит меньше, чем на поверхности аемли. Более сильное поле тяготения внизу увеличивает анергию фотона — следовательно, и его частоту.

Мёссбаувр, образно выражаясь, открыл, как можно взвесить фотоны, или, говоря точнее, выявить разницу в их весе ва счет, например, вемного тяготения. При атом ученый использовал знаменитое физическое явление — так наэываемый «аффект Доплера». Напомним суть явления.

Прислушайтесь к сирене влектрич-ки, на всем ходу пролетающей мимо вашего поезда. В момент сближения звук сравнительно высокий, но он тотчас резко понижается, как только встречный поевд станет удаляться. При сближении звуковые колебания сжимаются для вас, их частота увеличивается; большая же частота воспринимается как высокий ввук. При удалении источника звука происходит нечто противоположное: «гармошка колебаний» растягивается, и звук понижается.

Эффект Доплера наблюдается и в световых явлениях. Легко сообразить, что он может быть вызван двумя при. чинами: изменением расстояния между телами (иэлучающим свет и поглощающим его) и изменением тяготения, действующего на поток фотонов. Первый случай — в компетенции специальной, второй — в компетенции общей теории относительности.

О том, кар по Мёссбаувру можно использовать гравитационный аффект Доплера дл4 проверки общей теории относительности, рассказывается в