Замороженный кристалл

Оказывается, был сделан и лабораторный опыт, бла­годаря которому удалось непосредственно зафиксиро­вать замедление темпа вре­мени в поле тяжести.

Эксперимент исполнен, впервые в 1960 году. Авто­ры — американцы Паунд и Ребка, воспользовавшиеся замечательным открытием физика из ФРГ Рудольфа Мессбауэра, сделанным в 1958 году. Как видите, пере­числяются события совсем недавнего прошлого.

Вообразите башню. На ней двое часов. Одни внизу, у подножия, другие вверху, под крышей. Если верно предсказание Эйнштейна, нижние часы должны отста­вать от верхних, потому что поле тяжести внизу чуть-чуть больше, чем наверху.

Разумеется, часы должны быть предварительно выве­рены. В равных условиях они обязаны идти совершенно одинаково.

В опыте Паунда и Ребки были и башня и двое оди­наковых часов. Башня самая натуральная, старинная, высотой 22 метра. А роль часов исполнили ядра атомов в кристалле радиоактивного железа, замороженного до сверхнизких температур в жидком гелии.

Ядра наверху излучали кванты (порции) гамма-лу­чей — коротковолнового электромагнитного излучения со строго точной частотой колебаний. То была «радиостан­ция». А внизу стоял «приемник» — атомные ядра, при­званные поглощать посланные сверху лучи. Поглощение могло произойти лишь тогда, когда частота спустивших­ся гамма-квантов совпадала с частотой таких же кван­тов, если бы они испускались внизу.

Тут очень важна точность настройки «радиостанции» и приемника. Она и была соблюдена благодаря откры­тию Мессбауэра.

Прежде частоту гамма-лучей не удавалось делать строго определенной. Она «гуляла» — оказывалась то больше, то меньше некоего среднего значения. Мессбауэр же поставил рекорд остроты «настройки» гамма-излучателей и приемников. Как это ему удалось?

Главный секрет как раз в том и заключается, что в качестве источника и приемника лучей он использовал сильно охлажденный кристалл. В обычных условиях ядра, «стреляя» гамма-квантами, испытывают отдачу, как ружейные приклады, тратят энергию на это. А в за­мороженном кристалле ядра так крепко стоят в строю кристаллической решетки, что, «стреляя» гамма-кванта­ми, не испытывают практически никакой отдачи. По­этому вся (в точности!) энергия, освобождающаяся при излучении, отдается именно испускаемым лучам. Ни малейшей доли ее не теряется, не тратится на раскач­ку ядра, ибо оно, прочно связанное с кристаллической решеткой, просто не может раскачаться.

Так гарантируется постоянство энергии испускаемых гамма-квантов. Но по законам микромира энергия гам­ма-квантов строго соответствует их частоте (Соответствующую формулу вывел, кстати, Эйнштейн: E=hv, где Е — энергия, v — частота, h — постоянная величина). Значит, замороженный гамма-излучатель дает кванты очень точной «длины волны».

Столь же точна должна быть частота лучей, кото­рые способен поглотить замороженный кристалл-прием­ник. Его ядра не могут ни на йоту изменить свое со­стояние, чтобы «схватить» квант даже с крошечным не­достатком или избытком энергии (или, что то же самое, с чуть-чуть уменьшенной или увеличенной частотой).

Это сверхточное излучение и поглощение гамма-лу­чей именуют теперь эффектом Мессбауэра.