Время вспять, или Физик, физик, где ты был

В заключение я хочу рассказать историю наблюдения с помощью эффекта Мессбауэра явления, называемого «красным смещением». Это сдвиг частоты электромагнитного излучения в гравитационном поле; он был предсказан Эйнштейном, так же как и отклонение луча света под действием гравитационного поля, которое наблюдалось впервые Эддингтоном во время солнечного затмения в 1919 году. Необыкновенная узость мёссбауэровских линий создала в первый раз возможность наблюдать воздействие гравитации на электромагнитное излучение в лаборатории. Принцип эксперимента очень прост. Представим себе источник и поглотитель гамма-лучей в земном гравитационном поле с ускорением g, первый выше второго на расстояние h. Наивно, но в общем законно можно сказать, что гамма-фотон «падает» с источника на поглотитель, что при «падении» его энергия увеличивается и что относительное значение этого увеличения, т. е. относительное значение смещения его частоты, равняется (gh/c²). В данном случае это не красное, а синее смещение; чтобы сделать его красным, достаточно поменять местами источник и поглотитель. Для высоты в двадцать метров красное смещение 2 10^-15, т. е. приблизительно одна тысячная относительной ширины мёссбауэровской линии в ⁵⁷Fe.

Возникает вопрос: возможно ли наблюдать (и измерять) смещение линии, равное одной тысячной ее ширины? Роберт Паунд первый опубликовал подробное обсуждение возможности подобного эксперимента, который он намеревался осуществить в своей лаборатории. Ввиду интереса, который возбуждает в широкой публике все, связанное с теорией относительности, этим предложением заинтересовалась пресса, и «Нью-Йорк Таймс» взяла у Паунда интервью, которое появилось на первой странице газеты. В среде физиков поднялся гвалт: «Не он-де один придумал этот эксперимент, и неприлично выскакивать вперед, да еще на страницах газеты, с тем, что пока еще является лишь неосуществленным проектом». Паунда эти нападки очень огорчили, но, как увидим ниже, он взял блестящий реванш.

Несколько месяцев спустя группа британских физиков из Харуэлла (того самого государственного атомного центра, где когда-то работал злополучный Фукс, и отношения с которым когда-то боялся испортить лорд Чаруэлл, допустив меня к профессуре в Оксфорде) опубликовала результаты первого измерения красного смещения. Им удалось наблюдать и измерить красное смещение в ⁵⁷Fе; знак и порядок величины наблюдения соответствовали теории. За последние годы звезда Харуэлла слегка поблекла в глазах британской публики, и начальство центра сделало этому открытию, может быть, чрезмерную рекламу, организовав интервью участников по радио и их пресс-конференцию.

Вот когда произошло то, что я лично называю первым эффектом Джозефсона. Юный кембриджский студент Брайан Джозефсон (Brian Josephson), прочитав в прессе отчеты об успешном харуэллском эксперименте, был обуян сомнениями. Он открылся в оных своему наставнику (в Оксфорде и Кембридже их зовут tutors). Тот нашел его соображения правильными и посоветовал Джозефсону написать о них харуэллским физикам. Те, прочтя письмо, пришли в ужас, да и было от чего. Джозефсон доказывал очень простыми доводами, что различия температуры в один градус между источником и поглотителем было достаточно, чтобы произвести смещение порядка самого красного смещения. А несчастным даже в голову не приходило измерять систематически и тем более регулировать это различие. Ясно, что их измерениям была грош цена.*

Что было дальше, я рассказываю со слов Уолтера Маршалла (Walter Marshall), позже лорд Маршалл стал заведующим всей британской программой по атомной энергии. Харуэллские чины ринулись к телефону звонить Джозефсону в его Кембриджский колледж. Попросили к телефону доктора Джозефсона. «Нет у нас такого», — кратко ответил привратник колледжа. «Может быть, он не доктор?» — догадался один из чинов. — «Да, у нас есть студент Джозефсон». — «Попросите, пожалуйста, его к телефону». — «Студентов к телефону не зовем», — и повесил трубку. Чины и физики «затолкались» в две официальные машины и помчались в Кембридж (добрых сто километров от Харуэлла), где Джозефсон подтвердил им устно более подробно то, о чем он им уже писал. Краска на лицах была куда краснее смещения.

Все это время мой друг Паунд работал над своим экспериментом, но, очевидно, «тщательней», чем в Харуэлле. Наблюдая не воспроизводимость результатов своих измерений, он догадался о роли температуры и пришел другим путем к тому же заключению, что и Джозефсон. Он тщательно регулировал температуру и добился воспроизводимого результата, совпадавшего в пределах погрешностей опыта с предсказанием Эйнштейна. Его доклад на конференции стал триумфальным; никто другой не смог представить надежного результата.