«Безумные» идеи

Речь идет об экситоне, свойства которого предсказал видный советский физик Я. И. Френкель. Он предположил и подтвердил теоретическими расчетами, что атомы и ионы в кристаллической решетке в некоторых случаях, поглощая свет, переходят в особое, возбужденное состояние. Поглотив свет, атом, подобно заряженному ружью или натянутому луку, может сохранять избыточную энергию длительное время. Более того, строй атомов, образующих решетку кристалла, может по цепочке передавать друг другу эту энергию подобно тому, как если бы по шеренге солдат передавалось заряженное ружье. Так, внутри кристалла от одного узла решетки к другому, передается избыточный запас энергии — то, что было названо экситоном.

Если за поляроном ученые охотились почти 15 лет, то экспериментальные поиски экситона отняли у них ненамного меньше времени. И здесь одним из камней преткновения была, по-первых, невозможность «опознать» экситон прямым путем, и, во-вторых, снова мешало тепловое движение атомов кристалла, которое нарушало регулярный процесс передачи экситона от атома к атому, усложняло его, мешало рассмотреть детали.

Только благодаря проведению сложного эксперимента в условиях сверхнизких температур, когда замирают атомы, ученые доказали, что и экситон — реальное состояние атома в кристалле.

Покоя нет

Вы идете по лесу и не можете налюбоваться его летним нарядом, наслушаться веселых птичьих песен. Вокруг все цветет, живет, дышит, напоенное теплом…

А зимой, повторяя тот же маршрут на лыжах, вы находите не менее прекрасный, но совершенно другой мир. Поеживаются от холода деревья, одетые в пушистые снежные шапки. Там, где летом нежно журчал ручей, потрескивает сковавший его лед.

«Хорошо, красиво, — думаете вы, растирая озябшие руки, — но холодно…»

Есть на Земле места, где царит такой мороз, что человек, без предосторожности вдохнувший глоток воздуха, моментально застудит легкие. За минуты на таком морозе унты становятся твердыми, жидкое топливо теряет текучесть, железо делается хрупким, а обычная резина разваливается на мелкие куски…

Как люди могли не задуматься над причиной изменения привычных свойств веществ? Как могли не попытаться разузнать что-либо о законах, правящих в царстве деда-мороза, о том, что может принести он в дар человеку не в призрачном мире сказки, а в реальной действительности?

Охотникам за тайнами холода не нужно ездить на Северный полюс или в Антарктиду. Там они спустятся лишь на несколько ступеней в глубь шкалы температур. Чтобы всесторонне изучить повадки холода, ученые прежде всего научились создавать низкие температуры в лабораториях. Теперь исследователи умеют получать не только самую низкую температуру, встречающуюся на Земле (минус 85,7 градуса), но перешагнули даже за 272 градуса холода. А ведь это всего на градус выше самой низкой температуры, возможной в природе, — абсолютного нуля.

А можно ли достичь абсолютного нуля? Можно ли отобрать от частиц вещества всю их тепловую энергию. Наука отвечает на этот вопрос отрицательно. Можно сколько угодно близко подойти к абсолютному нулю температуры, но достичь его невозможно. Причиной этому является неотъемлемое внутреннее движение, присущее материи. Это внутреннее движение связано с запасами внутренней энергии, уничтожить которые невозможно, не нарушив строения молекул, атомов и самих элементарных частиц. Даже в самом пустом пространстве всегда присутствует энергия электромагнитных полей, устранить которую невозможно. А вследствие неизбежных связей, существующих между частицами и полями и между отдельными частицами, эти запасы энергии будут переходить в тепловую энергию, препятствующую возникновению абсолютной неподвижности и достижению абсолютного нуля температуры.

Достичь абсолютного нуля невозможно, но на пути к нему ученые уже, как вы знаете, встретились с рядом неожиданных, поразительных фактов. Несомненно, много замечательных открытий еще лежит в неисследованных далях этого пути.

За последние десятилетия рухнула не одна крепость царства мороза. Образовалась целая область науки — физика низких температур, призванная освоить целину царства холода.

А в последние годы мы стали свидетелями рождения еще новой области — физики сверхнизких температур. Так ученые называют область, лежащую между десятой долей градуса и абсолютным нулем.

Многие лаборатории Советского Союза уже чувствуют себя как дома на этом абсолютном полюсе холода. Здесь особенно удобно исследовать тонкие особенности строения ядер, силы, приводящие к соединению атомов в причудливые конструкции решеток кристаллов, и многие явления, маскируемые тепловым движением материи.

Обнаружив новое явление, поначалу полное таинственности, экспериментаторы часто не торопятся с выводами и с нетерпением ожидают, что же скажет по этому поводу теория. А бывает и так. Теория предсказывает новый эффект, новое явление, какое-то неожиданное свойство знакомого вещества, но эксперимент столь сложен и тонок, что проходит немало времени, прежде чем утверждения формул получат воплощение в жизни.