А Ольховатов - Тунгусское сияние
Андрей Ольховатов. Во всяком случае, если читатель еще раз убедился, что Природа гораздо сложнее, загадочнее и интереснее существующих представлений о ней, то авторы книги могут считать свою задачу выполненной
Дополнение Бориса Родионова
нити чудес - флюксы
Как чудесен этот мир
Прелюдия. Если бы на столе у Ньютона (1643-1727 годы) вдруг... зазвонил телефон, классик науки был бы немало озадачен. Каким образом эта полированная "кость" звонит? И кто посмел поместить эту странную вещь на его рабочем столе?
Повертев телефон в руках и случайно сняв трубку, сэр Айзек (у нас почему-то говорят Исаак) был бы "сражен" окончательно: из трубки слышен человеческий голос!
Как глубоко верующий человек Ньютон немедленно осенил бы себя крестным знамением: уж не дьявола ли это козни? Но как ученый он бы безусловно заинтересовался звуками из неодушевленного предмета.
Ага, - подумал бы сэр Айзек, кто-то подсунул мне домик с лилипутом (в это время британцы зачитывались только что опубликованным "Путешествием Гулливера" Джонатана Свифта). Но, разобрав телефон на части. Ньютон, конечно же, не обнаружил бы внутри спрятавшегося человечка.
Разглядывая кружево проводов и таинственные "железки", ученый после долгих раздумий, наверное, смог бы сообразить, что он имеет дело с электрическим устройством - сэр Айзек был знаком с изумительными свойствами янтаря притягивать к себе кусочки бумаги и вызывать маленькие искры на острие поднесенной иглы. Знал Ньютон и про магниты - его непоседливый друг Галлей (его имя присвоено знаменитой комете комете Галлея) как раз плавал в южных морях, исследуя с помощью намагниченных стрелок большой магнит - Землю.
Но вряд ли наш гений додумался бы даже до принципа работы телефонного электрического звонка - первый электромагнит был построен почти через столетие после смерти Ньютона (в 1820 году немецким физиком И. Швейггером).
Скорее всего, столь обыкновенный для нас телефон остался бы для Ньютона величайшим чудом. А люди, которые это чудо создали и умеют им пользоваться (мы с вами), казались бы современникам Ньютона великими магами и чародеями. Примерно такими же, какими мы сегодня воспринимаем всемогущих инопланетян.
Обыкновенные и необыкновенные чудеса. Знаменитый писатель-фантаст Артур Кларк сформулировал свой
тий закон Кларка" так: всякая достаточно совершенная технология неотличима от магии. От себя добавим: если эта технология непривычна.
Почему необходимо такое добавление? А все ли наши современники, которые запросто пользуются телефоном, телевизором, автомобилем, знают их устройство? Понимают, как летают спутники или самолеты? Далеко не все. Но никто из нас наверняка не считает чудом ни одно из этих устройств. Почему? Потому что, как поется в популярной песне, "ежедневное чудо - не чудо". Привычное мы не считаем чудом ни при каких условиях.
Только поэтому - а не потому, что во всем разобрались - мы не считаем чудесами рождение ребенка или распускающийся цветок, грозу или землетрясение, Солнце или Луну, электрон или атомное ядро. Не считаем чудом даже самих себя - изумительное скопление мириадов слаженно работающих живых микроскопических клеток, каждая из которых неописуемо сложнее и умнее любой созданной человеком машины.
Ко всему этому мы уже привыкли: эти "чудеса" описаны и классифицированы учеными, "разложены по полочкам" различных наук. Их "проходят" в школе или институте. Хотя во всем этом "известном" поколениям ученых еще предстоит разбираться и разбираться.
И даже среди физиков - а наша наука имеет дело с самыми простыми вещами - с "неживой" природой - вряд ли найдется человек, который верит, что с атомом или электроном, с энергией или временем мы уже окончательно "разобрались".
Отсюда следует важный философский вывод: природа - это собрание чудес.
Одни чудеса нам привычны и при определенных условиях повторяются -мы их и чудесами - то не называем. Именно такими повторяющимися, обычными "чудесами" занимается наука.
При этом чудеса, которые "всегда маячат перед глазами" (или перед нашим "умственным взором") - вроде материи, времени или пространства относят к философским категориям - к самым важным характеристикам нашего бытия (и заметьте - все еще непознанным!).
А другие чудеса, которые редки и непривычны, естественно противоречат нашему повседневному опыту. И иногда - страшно сказать! - противоречат науке, усердно "раскладывающей по полочкам" прошлый опыт человечества. Эти-то чудеса мы и называем настоящими, необыкновенными чудесами. И... не верим в чудеса до тех пор, пока к ним не привыкнем.
Начнем привыкать? В этой книге много непривычного и, следовательно, неправдоподобного. Но задача ученых - не отбрасывать неправдоподобное ("настоящее чудо") только потому, что его трудно объяснить. Если чудо, конечно, действительно было, а не померещилось кому-то. И такое бывает...
Тунгусский взрыв 1908 года в этом смысле сомнений не вызывает - он был. И сопровождался необычайными явлениями, о которых подробно рассказано в этой книге. Объяснить же эти явления нам удалось самим себе только с помощью необычной физики линейной материи (флюксов).
Но без количественной (математической) модели линейной материи основы "теории чудес" - физики никаким нашим объяснениям не поверят. Уж так они приучены. Вот и приходится в популярную книгу о Тунгусском чуде специально для недоверчивых коллег (в том числе и для коллег подрастающих - учащихся, студентов), для всех по-хорошему "въедливых" любителей науки вставить столь ненавистные некоторым читателям формулы.
Ниже вы найдете популярное введение в теорию линейной материи, свойства которой объясняют все известные нам чудеса. Изложение теории сделано по-возможности простым и занимательным. Но без дотошных разъяснений (в случае заминки - встретилось незнакомое понятие) - у любителей физики наверняка найдутся необходимые справочники, энциклопедии или "серьезные" учебники физики. Ниже написано в основном то, чего там - в учебниках и справочниках - пока еще нет.
Для расчетов будем пользоваться преимущественно любимой физиками абсолютной гауссовой системой единиц, в которой основные единицы сантиметр, грамм и секунда, а абсолютные электрическая и магнитная проницаемости безразмерны и в вакууме равны единице.
Знакомьтесь: флюксоид - "отец" флюкса
Квантованность магнитного потока. В 1950 г. Фриц Лондон (не путать с другим известным физиком Гейнцем Лондоном - его родным братом) предположил, что магнитное поле представляет из себя "связку" элементарных магнитных потоков, или квантов потока Фо. Эти кванты Ф. Лондон назвал флюксоидами [латинский корень flu входит в слова, означающие движение жидкости: fluo - течь, flumen - река, fluctus волна; "флюксоид" означает нечто, порождающее поток].
Напомним, что магнитным потоком Ф называют произведение магнитной индукции В на нормальную (перпендикулярную) к В площадь поперечного сечения поля S (поэтому В называют также плотностью магнитного потока).
В вакууме магнитная индукция В совпадает с напряженностью магнитного поля Н, в веществе В = цН, где ц - абсолютная магнитная проницаемость вещества. Поэтому Ф = BS = цНВ, а в вакууме Ф = HS (ц = 1).
Ф. Лондон впервые расчитал величину кванта магнитного потока Фд = Tich/e, где с - скорость света в вакууме, h - постоянная Планка, е заряд электрона. Величина кванта магнитного потока - флюксоида теперь приводится во всех достаточно полных таблицах физических постоянных.
Флюксоиды Ф. Лондона - кванты магнитного потока - экспериментально обнаружены в 1961 г. в независимых экспериментах двух групп (Дивер и Фейрбэнк, Долл и Нейбауэр).
-то на практике означает квантованность магнитного потока? То, что, когда вы "плавно" (например, с помощью реостата) изменяете ток в катушке электромагнита, то и ток, и магнитное поле в катушке изменяются на самом деле не плавно, а маленькими скачками, порциями, которые принято называть квантами [квант - лат. quantum - сколько]. Точно так же бывает, когда вы нажимаете на педали велосипеда, желая увеличить его скорость: велосипед тоже разгоняется неощутимо маленькими скачками, поскольку квантован момент импульса любых колес J = mvr, здесь m - масса обода колеса, v - линейная скорость его вращения (по величине совпадает со скоростью велосипеда), r - радиус колеса. Квант момента импульса h - постоянная Планка.
Можно считать, что магнитные силовые линии, придуманные Михаилом Фарадеем (1791 - 1867) [в отличие от имени Ньютона, имя Фарадея у нас часто пишут "на аглицкий манер" - Майкл], приобретают теперь и такой смысл: магнитная силовая линия - это зримый образ кванта магнитного потока - флюксоида.
Например, нет силовых линий - нет магнитного поля, нарисована одна линия - есть поле с одним квантом магнитного потока, две линии - два кванта Фд (два флюксоида) и так далее.
Флюксоиды и квантованность момента импульса. Теперь докажем небольшую теорему, которая показывает, что существование флюксоидов - следствие квантованности момента импульса частиц. Эта теорема не только позволит элементарно получить величину кванта магнитного потока, но и заставит нас по-новому взглянуть на самые основы физики. Теорема. Электрически заряженная частица движется в постоянном однородном магнитном поле по окружности (спирали), охватывающей целое число квантов магнитного потока.
