Этот красивый образ - Расширяющийся Круг Знаний - был, конечно же, когда-то придуман вполне конкретным человеком, но потом - подобное часто случается с устными высказываниями в отличие от письменных - имя автора оторвали от текста и безвозвратно потеряли. Теперь это фольклор. И, как большинство фольклорных произведений, рассказ о Расширяющемся Круге Знаний существует в нескольких модификациях. В частности, в такой: Ученик спрашивает Учителя: "Почему наука все время что-то открывает, а непонятного становится все больше и больше?"; Учитель отвечает: "Представь себе, что мы находимся внутри окружности и эта, как учит геометрия, замкнутая плоская кривая есть граница, отделяющая Известное от Неизвестного; проще говоря, мы с тобой находимся на большом чертеже и видим границу между Знанием и Незнанием - все, что внутри окружности, уже исследовано и понято наукой, все, что за пределами круга, пока еще непонятно нам; наука делает свое дело, наш круг знаний становится все больше и больше, и при этом, естественно, растягивается окружность-граница - чем больше мы узнаем, тем больше неизвестного, непонятного нам открывается".
...Расширяющийся круг знаний - быстро растягивающийся фронт соприкосновения с огромным непонятным миром...
Магнетизм, все знания о котором в древности, как, впрочем, еще и двести лет назад, в основном сводились к знаменитому: "Одноименные магнитные полюсы отталкиваются, разноименные - притягиваются". Теперь же десяток толстых томов едва ли вместит наши знания о магнитных явлениях, несколько страниц заполнит один лишь список узаконенных терминов - "Магнитосфера", "Магнитная индукция", "Магнитный момент электрона", "Магнитная буря", "Парамагнетики", "Магнитотропизм", "Магнитный гистерезис", "Магнитная звезда", "Магнитное старение", "Магнитострикция", "Магнитная цепь", "Магнетон", "Магнетрон", "Магнитное охлаждение", "Напряженность магнитного поля", "Магнитный домен", "Магнитопауза"... Пятьдесят лет назад в этом списке появился "Магнитный монополь", термин, который в последние месяцы замелькал на страницах почти всех научно-популярных журналов мира и которому в значительной мере посвящены эти заметки.
И все же, если всмотреться, истинного равенства, полной симметрии нет - электричество как бы главнее, первичнее магнетизма. Мы пока не знаем, узаконена ли эта первичность в приказе об организации Вселенной, но ее приметы явно видны в доступной нам реальности. Вот некоторые из них: важнейшую физическую сущность - электрический заряд, электрические свойства материи, мы встречаем на каждом шагу, электрический заряд есть у электронов, у протонов, у массы других частиц, он обязательно должен быть у кварков; магнитного заряда пока никто не наблюдал; электрический заряд - первопричина всех электрических явлений, и он же первопричина всех явлений магнитных: магнитное по. ле появляется только при движении электрического заряда, остановите заряд - и магнитного поля нет, магнетизм исчезает; электрические свойства, электрические заряды бывают двух сортов, их когда-то назвали "положительный" (+) и "отрицательный" (-), не имея, конечно, в виду, что один вид электричества лучше другого (подобно положительным и отрицательным героям пьесы); магнетизм тоже бывает двух сортов, им, видимо, еще со времен первых компасов дали название географическое - "северный" и "южный"; электрические "плюс" и "минус" совершенно независимы, на каждом шагу мы встречаем электрические монополи - свободные, ни с кем не связанные заряды только одного типа, как принято говорить, одной полярности; магнетизм же всегда предстает нам в диполях, в неразрывно связанных северной и южной областях; получить от движущегося электричества отдельно северный или отдельно южный магнетизм невозможно, а самостоятельный магнитный заряд, магнитный монополь, как уже говорилось, пока не обнаружен.
Как говорят теоретики, ввести магнитный монополь в классическую теорию, в классическую электродинамику не составляет никакого труда. "Ввести в теорию" - это значит допустить существование, согласовать с известными соотношениями и фактами и тем самым дать надежду экспериментаторам, искателям монополей. Правда, уже с начала нашего века одного признания классической электродинамики стало недостаточно - однополюсному магнитному заряду не находилось места в квантовой теории, и, значит, ему не было места в реальном мире. Лишь в 1931 году удалось ввести магнитный монополь в квантовую электродинамику и тем самым доказать, что теоретически он может существовать. Сделал это англичанин Поль Дирак, один из самых смелых теоретиков своего времени, мощнейший генератор "безумных идей" (это он, в частности, предсказал процесс аннигиляции пары частица-античастица и существование позитрона, то есть антиэлектрона; оба предсказания вскоре надежно подтвердились в эксперименте). Из своих теоретических построений Дирак определил и некоторые свойства гипотетического магнитного монополя: сама величина магнитного заряда обязательно кратна единичному электрическому заряду и конкретно в 137 раз больше его (минимальные заряды, минимальные порции электричества и магнетизма сопоставляются по силе их взаимодействия - находясь на одинаковых расстояниях, разноименные единичные магнитные заряды тянут друг друга в 137 раз сильнее, чем электрические). В те времена появились и некоторые предположения касательно массы гипотетического монополя, считалось, что она равна 3 ГэВ, что примерно в 3 раза больше, чем масса протона (исходя из эквивалентности массы и энергии, их принято измерять в одних и тех же единицах - в единицах энергии электрон-вольтах, эВ, и производных 1кэВ = 1000 эВ, 1МэВ = 1000 кэВ, 1 ГэВ = 1000 МэВ, 1 ТэВ = 1000 ГэВ и т. д.; масса протона, как и нейтрона, - около 1 ГэВ, масса электрона примерно в 2000 раз меньше, то есть около 0,0005 ГэВ = 500 кэВ). Разрешение строгой теории на существование магнитного монополя получено, и теперь, так сказать, дело за малым - нужно найти монополь, поймать его.
Магнитный монополь, или, как его еще называют монополь Дирака, ищут уже пятьдесят лет. Его пытались найти в космических лучах, в метеоритах, в лунных породах, в продуктах ядерных реакций, получаемых на мощнейших ускорителях. Безрезультатно. Поэтому легко представить себе тот интерес, который вызвала опубликованная в марте 1982 года в журнале "Физикал ревью леттерс" (том 48, стр. 1378) статья, автор которой Блез Кабрера, аспирант профессора Фербенкса из Стенфордского университета (США), рассказал, как он в сравнительно простом эксперименте обнаружил магнитный монополь.
Краткий реферат статьи.
Кабрера поместил в сосуд с жидким гелием небольшую катушку (4 витка диаметром 5 см) из ниобиевой проволоки и таким образом превратил ее в сверхпроводник. Затем в катушку была введена порция энергии, и в ней начал циркулировать ток. А поскольку сопротивление проволоки равнялось нулю (сверхпроводник!), то ток в катушке протекал несколько месяцев без каких-либо существенных изменений. Но вот 14 февраля где-то между двумя и тремя часами дня по местному времени ток в ниобиевой сверхпроводящей катушке резко возрос. Экспериментатор объяснил это пролетом через катушку магнитного монополя - он традиционным способом - электромагнитная индукция при изменении магнитного потока - навел в катушке дополнительную ЭДС, что и привело к возрастанию тока.
Ток в катушке измерялся сверхчувствительным прибором SQUID со сверхпроводниковым датчиком, он улавливал очень малые изменения магнитного потока через катушку, например, возникающая при доливании жидкого гелия в охлаждающую систему. Кроме того, было отмечено 27 "случайных" всплесков магнитного потока более чем на 20%. Само "событие", интерпретируемое как пролет магнитного монополя, привело к увеличению магнитного потока через катушку в 8 раз. Пытаясь исключить появление такого эффекта из-за какого-либо нечаянного толчка аппаратуры, экспериментатор в порядке контроля сильно постукивал отверткой по дюаровому сосуду с катушкой. При этом наблюдалось изменение магнитного потока в 6 раз (предполагается, что из-за смещения витков), но он довольно быстро возвращался к исходному уровню. В то же время после "события" поток так и остался более сильным, как считает автор, именно потому, что пролетевшей монополь ввел в катушку дополнительную порцию энергии. Кабрера оценил достоверность такого вывода на 95 процентов, оставив 5 процентов на возможные ошибки и запланировав на ближайшее время новую серию экспериментов.
Значительно выше оценивают возможность ошибки сторонние специалисты, и многие из них полагают, что с признанием открытия пока нужно подождать. Называют разные возможности появления ошибки, разбирать их здесь неуместно, но об одной умолчать нельзя.
Специалисты, работавшие со сверхпроводниковыми приборами, утверждают, что часто наблюдали скачки магнитного потока в установках, которые в принципе не могли бы зарегистрировать пролет монополя. Было найдено и экспериментально подтверждено вполне прозаическое объяснение таких скачков - при охлаждении деталей установки, например, стенок дюарова сосуда, на неоднородностях материала может "зацепиться" малая порция магнитного поля и возникнуть поддерживающий его кольцевой ток. При определенных условиях два таких тока противоположного направления могут встретиться и скомпенсировать друг друга, их магнитные поля исчезнут, и общий магнитный поток резко изменится. Простейший расчет показал, что если в установке Кабреры недалеко от катушки подобным образом аннигилируют две самые малые порции (два кванта) "зацепившегося" магнитного поля, то эффект будет именно таким, как при зафиксированном "событии".