Природа познаваема, и наука последовательно снимает покровы с ее заветных тайн. Пока мы не знаем биографии вселенной до нынешнего момента, не знаем, что ждет ее в необозримом будущем. Может быть, она разбежится, а может, снова сожмется в точку. И возможно, ответы на многие из вопросов, касающихся судеб мироздания, принесет физика элементарных частиц — наука, изучающая микромир. Ничего здесь парадоксального нет. Главная задача и физики элементарных частиц, и астрофизики — понять, как устроена окружающая нас природа. Вот почему исследования микромира и мегамира сейчас порой тесно смыкаются. Наглядный тому пример — история с двумя фотонами, о которой я хочу рассказать.
Всюду, начиная от пламени обыкновенной спички и кончая звездами и Солнцем, каждый, образно говоря, переход электрона с более высокой орбиты вокруг ядра на более низкую сопровождается испусканием одного, и только одного, фотона. Такова природа этого явления, известного нам со школьной скамьи.
Однако еще в конце 20-х годов немецкий физик-теоретик М. Гепперт-Майер, опираясь на только что появившийся тогда теоретический аппарат квантовой механики, показал чисто математическим путем, что переходы атома из одного состояния в другое могут вызвать появление одновременно двух фотонов. При этом сумма энергий обоих должна быть постоянной и равной разности энергии исходного и конечного энергетических уровней атома.
В начале 40-х годов ученые сочли очевидным, что двухфотонное излучение вполне реально при одном из переходов атома водорода. Правда, вероятность такого события в миллион раз меньше, чем обычного однофотонного перехода. Дело в том, что для появления двухфотонного излучения необходимы условия, при которых ничего не должно помешать возбужденному атому «прожить» в особом, метастабильном состоянии положенное время — около десятой доли секунды. А помешать здесь способны случайные столкновения с другими атомами или фотонами.
Выход ясен: нужна сильно разреженная среда, в которой одновременно чрезвычайно мала и плотность излучения. По расчетам выходило, что даже предельно малые концентрации вещества при этом должны быть в миллион раз меньше тех, что достигаются в самых совершенных вакуумных камерах на Земле. Вот почему в течение полувека в физических лабораториях так и не сумели получить экспериментального доказательства одного из фундаментальных предсказаний квантовой механики.
Между тем необходимые для двухфотонного излучения условия существуют в планетарных туманностях. Именно к ним в последние 20–30 лет обращали свои взоры физики и астрофизики в надежде обнаружить неуловимое излучение. И что вы думаете? Именно там они его нашли. На полученной в космосе с помощью «Ориона-2» спектрограмме одной из планетарных туманностей наконец-то отыскались явные признаки двухфотонного излучения водорода. Тщательная проверка, проведенная разными способами, полностью подтвердила этот вывод.
Итак, пока увенчалась успехом лишь одна попытка. Но Рубикон перейден. Внеатмосферная астрономия, которой космонавтика дала жизнь, уверенно шагает в грядущее. И ей суждено раскрыть самые сокровенные тайны вселенной.
На границе «Земля-космос»
Первым увидел космическую зарю Ю. Гагарин. Все было необычно, ярко, впечатляюще. «Красота-то какая!» — только и смог он воскликнуть в восторге от увиденного. Слишком коротким было его путешествие на орбиту.
«На горизонте я увидел ярко-оранжевую полосу, над которой стали возникать все цвета радуги. Небо было таким, словно я глядел на него через хрустальную призму, — рассказывал после своего суточного рейса в космос Г. Титов… — Перед выходом корабля из тени Земли интересно было наблюдать за движением сумерек по земной поверхности. Одна часть Земли — светлая — в это время уже была освещена Солнцем, а другая оставалась совершенно темной. Между ними была четко видна быстро перемещавшаяся сероватая полоска сумерек. Над ней висели облака розоватых оттенков… Космос ждет своих художников, поэтов и, конечно, ученых, которые могли бы все увидеть своими глазами, осмыслить и объяснить».
Сложная цветовая гамма космической зари у Г. Титова вызвала уже не только восхищение красотой необычного зрелища — он почувствовал необходимость его осмыслить, объяснить. Может быть, это и был первый шаг к будущему открытию?
Но пока еще до него было далеко. Отправлялись на орбиту другие космонавты. И вот как они описывали сумеречный ореол планеты.
«Нижняя часть ореола, окрашенная в красно-оранжевые и желтые тона, переходит через белесую полосу к светло-голубым, темно-синим и черно-фиолетовым тонам» (В. Николаева-Терешкова).
«Последовательность окраски ореола в вертикальном направлении от линии горизонта такова: красно-оранжевые тона, желтые, светло-голубые, белесые, затем снова светло-голубые и синие и, наконец, белесоватые» (американские астронавты Д. Макдивит и Э. Уайт).
«От красно-оранжевых к желтым, голубым и белесым, затем опять голубые и белесые» (К. Феоктистов).
А. Леонов на борту «Восхода-2» не только описал игру красок в космосе, но и зарисовал их. Его картины реального и фантастического космоса известны многим. И наверное, многие же обращали внимание на сочность, какую-то необычайную яркость красок леоновских полотен. Действительно ли цвета в космосе настолько ярки? А может быть, это условия полета, особое эмоциональное состояние космонавта приводят к подобному преувеличенному их восприятию? Решив разобраться в этом, физиологи Е. Иванов и Л. Хачатурьянц провели специальный эксперимент во время полета П. Беляева и А. Леонова на корабле «Восход-2».
В бортжурнал космонавтов вклеили тестовые цветные полосы: красную, зеленую, синюю, голубую, пурпурную и желтую. Все цвета были высокой насыщенности и светлости. Рядом с этими полосами расположили еще одну, с черно-белыми ступенчатыми клиньями. Первый клин абсолютно белый, последний — черный. Известно, что все цвета по мере убывания их яркости приближаются к черному. Поэтому космонавту, а это был А. Леонов, предлагалось сравнивать яркость того или иного цвета с яркостью ступеней черно-белого клина сначала в лаборатории, потом в учебном космическом корабле и, наконец, в полете по орбите. И каково же было удивление специалистов, когда анализ полученных результатов показал, что яркость картин, написанных А. Леоновым, на четверть даже ниже реальной!
И вот я сам в космосе, не в воображаемом, а в натуральном, без подделки. Чисто теоретически, разумеется, представлял, с каким изобилием цветов и красок предстояло мне познакомиться, так сказать, воочию. Но то, что я увидел впервые собственными глазами, взглянув из иллюминатора корабля на земной горизонт, одновременно и потрясло, и ошеломило, и заворожило. Какое-то буйство красок! Богатство космической палитры поистине не поддается описанию. Никаких слов не хватит. Да что там слов! Думаю, попытки воспроизвести цветовую щедрость космоса не словами, а красками на холсте или бумаге тоже обречены на неудачу. Это не преувеличение. Мы пробовали прибегнуть к помощи Ленинградского института
