Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Еще одним интригующе красивым экспериментом, претендующим на второе место, стали британские экспедиции 1919 года, удостоверившие наличие гравитационного искривления звездного света. По сути, этот эпохальный эксперимент прославил имя Эйнштейна, подтвердив его предсказание, сделанное в 1915 году в рамках общей теории относительности. Однако в самом эксперименте не было ничего особенного. Исключительным нельзя назвать ни само затмение (всем знакомое естественное событие), сделавшее его возможным, ни определение положения звезд (не менее банальная астрономическая технология). Значит, красота данного эксперимента заключена лишь в его грандиозных последствиях?

Некоторые теоретические аргументы бывают настолько лаконичными, четкими и ясными, что заслуживают, по мнению многих респондентов, эпитета «прекрасный». Один из них – доказательство того, что Вселенная не существовала вечно, сделанное Стивеном Хокингом и состоящее всего из шестнадцати слов:

...

«Это так, ибо если бы это было не так, все в ней было бы одинаковой температуры».

Второй пример прекрасного теоретического аргумента – парадокс Ольберса:

...

«Взгляните на небо. Оно не везде одинаково яркое. Значит, видимая Вселенная не бесконечна».

Некоторые мои респонденты упоминали инструменты, которые отличает прежде всего особая изобретательность, открывающая новые направления для исследования. Среди них – камера Вильсона (упомянутая в девятой главе), благодаря которой становятся видимыми траектории заряженных частиц и исследования с помощью которой Эрнест Резерфорд когда-то назвал «самым чудесным экспериментом в мире». Среди других инструментов, упомянутых моими респондентами, – рентгеновский интерферометр, сканирующий туннельный микроскоп и «Космотрон», ускоритель элементарных частиц в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Эксперимент, красота которого заключена в особой преданности исследователей своему делу, был проведен итальянскими учеными Марчелло Конверси и Оресте Пиччони во время бомбардировки Рима союзниками в годы Второй мировой войны. Многие итальянские ученые скрывались и даже бежали из страны. Конверси и Пиччони оставались в Риме. Конверси не призвали в армию из-за слабого зрения, Пиччони призвали, но оставили в Риме. Накануне вторжения союзников на Сицилию в июле 1943 года оба ученых ночами работали в университете, собирая из украденной проволоки и радиотехнического оборудования, которое им удалось выменять на черном рынке, достаточно современные на тот момент электронные цепи, с помощью которых намеревались измерить время жизни одной загадочной частицы – мезотрона (частица, присутствующая в космических лучах, непрерывно бомбардирующих земную поверхность).

Вскоре американские самолеты начали бомбить товарную станцию Сан-Лоренцо, располагавшуюся неподалеку от университета, и бомбы иногда попадали на его территорию. В тревоге за судьбу своих исследований Конверси и Пиччони перенесли оборудование в здание пустующей школы, расположенной неподалеку от Ватикана, который бомбардировкам не подвергался. Ученые разместились в подвале, где бойцы Сопротивления хранили оружие. Ситуация еще больше осложнилась после того, как в сентябре итальянское правительство подписало договор о перемирии с союзниками, и Рим оккупировали немцы. Немецкие солдаты схватили Пиччони, но ему удалось откупиться. Оба ученых продолжали свои исследования в лихорадочном темпе.

«Работа была нашей единственной радостью», – вспоминал Пиччони. Накануне освобождения Рима союзными войсками в 1944 году Конверси и Пиччони в результате талантливо проведенного, элегантного и абсолютно убедительного эксперимента показали, что время жизни мезотрона составляет чуть более 2,2 микросекунды – во много раз больше, чем первоначально предполагалось. В подвале посреди сильно разрушенного бомбардировками города Конверси и Пиччони первыми пришли к выводу, что мезотроны (в настоящее время именуемые «мюонами») обладают совершенно иными характеристиками, нежели те, которые им приписывала теория. Это стало значительным шагом вперед на пути к созданию физики элементарных частиц164.

Один из моих собственных кандидатов на первые места в списке красивых экспериментов – эксперимент 1956–1957 годов по несохранению четности, среди организаторов которого была Ву Цзяньсюн. Эксперимент продемонстрировал, что при определенных условиях элементарные частицы и ядра атомов в процессе распада излучают электроны в определенных, предпочтительных, направлениях относительно их спина. Этот эксперимент убедительно опроверг один из фундаментальных и давно устоявшихся стереотипов в физике [18] 165.