Рязанские истоки звездных путей: от Циолковского до Черенкова

Рязанская земля, с её широкими полями и тихими реками, кажется, дышит спокойствием и основательностью. Но именно эта земля подарила миру одного из величайших мечтателей, человека, чьи мысли рвались далеко за пределы земной атмосферы, — Константина Эдуардовича Циолковского. Уроженец рязанского села Ижевское, он всей душой стремился к звёздам, теоретически обосновывая возможность космических путешествий и предвосхищая будущее человечества. Его гений был устремлён в макрокосм — к бескрайним просторам Вселенной.

Спустя десятилетия другое открытие, также рождённое в недрах русской науки, подарило человечеству новый, не менее фантастический способ «путешествия» — но не в пространстве, а в самом понимании фундаментальных законов мироздания. Это открытие — эффект Вавилова-Черенкова, сделанное нобелевским лауреатом Павлом Алексеевичем Черенковым.

Казалось бы, что связывает рязанского мечтателя Циолковского и воронежского физика-экспериментатора Черенкова? Связь эта — не прямая, а поэтическая и культурная, пролегающая через мост между реальной наукой и дерзкой фантазией.

От лабораторной установки к страницам фантастических романов

Таинственное голубое свечение, которое Черенков впервые зафиксировал в своей лаборатории, не просто дополнило учебники физики. Оно захватило воображение писателей-фантастов по всему миру. Внезапно у науки появился зримый, почти мистический символ сверхсветовых скоростей и колоссальных энергий. Самым знаменитым литературным памятником этому эффекту стал культовый роман американского фантаста Роберта Хайнлайна «Звёздный десант».

В его вселенной «Пространство Черенкова» — это важнейшая деталь сюжета, основа межзвёздных путешествий. Хайнлайн, будучи прекрасно осведомлённым о последних научных открытиях, использовал реальный физический феномен для придания достоверности своему вымыслу. Его корабли, двигающиеся быстрее света, окутаны сиянием, которое зафиксировал Павел Черенков.

«Ныряя в пространство Черенкова, «Сторожевой» покрывал расстояние, ну скажем, между Солнцем и Капеллой, заключавшееся в сорока шести световых годах за каких-то шесть недель». 

«Через неделю мы вышли из пространства Черенкова в намеченном месте, идя по инерции со скоростью близкой к скорости света, обменялись сигналами с другими, уже пришедшими туда кораблями».  

«Генераторов Черенкова еще хватало на то, чтобы два раза облететь вокруг Галактики». 

Это цитаты из романа Роберта Хайнлайна. Произведение увидело свет в 1959 году, когда уже вся планета грезила космосом. Вот-вот человечество должно было покинуть свою земную колыбель и отправиться покорять безграничные пространства вселенной.

За вымыслом — большая наука

И здесь мы просто обязаны вернуться к рязанскому следу. Циолковский одним из первых начала говорить о покорении космоса. На него тогда смотрели, как на сумасшедшего. Черенков же дал науке новые знания об элементарных частицах. И вот уже писатель соединил их в общем культурном пространстве. Но за литературным вымыслом стояла настоящая большая наука.

Павел Алексеевич Черенков защитил кандидатскую и докторскую диссертации в Физико-математическом институте АН СССР. Еще будучи аспирантом, он, изучая люминесценцию прозрачных жидкостей под действием гамма-лучей, обнаружил неизвестное голубое свечение. Его невозможно было «погасить» нагреванием жидкости или при помощи примесей. Да и от химического состава среды яркость свечения не зависела. 

Проделав множество опытов, ученый пришел к выводу что наблюдаемый им эффект не люминесценция, а нечто иное… Но что? 

Оказалось, излучение вызывали электроны, которые двигались со сверхсветовой скоростью. Как такое может быть? Экспериментируя вновь и вновь ученые выяснили, что в прозрачной жидкости скорость света меньше, чем в вакууме. Поэтому частицы там действительно могут двигаться быстрее, чем свет. Явление получило название «черенковское излучение» или «эффект Черенкова». Объяснить его смогли советские физики Илья Михайлович Франк и Игорь Евгеньевич Тамм. Нобелевскую премию «за открытие и истолкование эффекта Черенкова» в итоге они тоже разделили на троих.

Скорость света в вакууме – это абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн, в точности равная 299 792 458 м/с. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом. 

Даже нам сложно поверить в возможности сверхсветового движения, что уж говорить о людях живших в середине ХХ века. 

«Оптика источников света, движущихся в преломляющих средах», - так называлась Нобелевская лекция по физике, которую в 1958 году прочитал Илья Франк. В своем выступлении ученый подчеркнул, что эффект Черенкова - это частный, хотя и очень интересный пример. «В этой области явлений имеется широкий круг вопросов, связанных с излучением источников света, движущихся в преломляющих средах», - обратил внимание слушателей Илья Михайлович. Ученый оказался прав. И хоть нам пока не дано перемещаться со сверхсветовой скоростью, эффект Черенкова до сих пор используется в науке.

Открытие Черенкова, теоретически объяснённое Франком и Таммом, стало краеугольным камнем всей физики высоких энергий. На его основе были созданы детекторы, без которых сегодня немыслимы ни изучение космических лучей, ни работа гигантских ускорителей, вроде Большого адронного коллайдера. Эти детекторы — «глаза» современной физики, позволяющие «видеть» элементарные частицы. Именно они помогают нам понять, из чего соткана Вселенная, о которой так мечтал Циолковский.

Таким образом, связь Рязани с именем Черенкова — это связь через величие замысла и его воплощение. Циолковский заложил философско-теоретический фундамент космической эры. Черенков подарил нам один из ключей к пониманию её физических законов. А фантастика, вдохновлённая этим открытием, показала, что самые смелые мечты рязанского гения продолжают жить и развиваться, находя неожиданные точки соприкосновения с самыми передовыми научными открытиями.

По сей день вопрос практического применения эффекта Черенкова находится в фокусе внимания ученых. В 1995 году российский физик Сергей Красников предложил гипотетический механизм для сверхсветового движения, связанный с искривлением пространства-времени в специально созданных тоннелях. 

Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.