Штурм абсолютного нуля - Бурмин Генрих Самойлович (читать полностью бесплатно хорошие книги TXT) 📗
Нейтронная звезда долгое время была лишь математической абстракцией. Никто не мог быть уверен, что она существует в природе.
Казалось, с открытием пульсаров «голубая мечта» теоретиков получила реальное воплощение. Однако для получения убедительных доказательств того, что пульсар действительно является нейтронной звездой, теоретикам и экспериментаторам предстояло еще немало потрудиться.
В то время как физики — теоретики стремились познать природу пульсаров, радиоастрономы продолжали наблюдать поведение этих удивительных небесных тел.
Особый интерес вызвали два пульсара. С одним из них читатель уже знаком. Это «Краб» из Крабовидной туманности. Второй, который находится на другом участке нашей Галактики, называется «Парус».
У обоих пульсаров было обнаружено явление «сбоя» — скачкообразного уменьшения периода вращения.
Сам факт убыстрения вращения этих небесных тел не мог удивить астрономов. Внезапное изменение периода ряда звезд неоднократно наблюдалось и ранее. Поражало связанное со сбоями поведение пульсаров. Оказалось, что после сбоя период пульсара изменяется продолжительное время: три месяца у «Краба» и два года у «Паруса», после чего происходит следующий сбой.
Вполне возможно, что тайна «маленьких зеленых человечков» осталась нераскрытой и по сей день, если бы не были известны такие явления, как сверхпроводимость и сверхтекучесть.
Межэлектронное притяжение в сверхпроводниках, как читатель уже знает, приводит к образованию связанных пар электронов.
Оказывается, что такое явление присуще не только электронному газу, но и многим другим системам микрочастиц. Так, в атомных ядрах, где взаимодействие между частицами очень велико, образуются связанные пары протонов и связанные пары нейтронов, похожие на электронные пары в сверхпроводниках. В этом смысле можно говорить о сверхпроводимости атомного ядра.
Разумеется, непосредственно наблюдать сверхпроводимость такой микроскопической системы, как атомное ядро, невозможно. Здесь сверхпроводящее состояние проявляется в ряде побочных явлений, например, в процессе поглощения атомным ядром падающего излучения.
Иное дело, нейтронная звезда, которая представляет собой, по сути, гигантское атомное ядро, состоящее в основном из нейтронов.
В недрах звезды нейтронное вещество находится в жидком состоянии. При этом нейтронная жидкость разбивается на связанные пары нейтронов, подобные куперовским электронным парам в сверхпроводнике, а следовательно, пребывает в сверхтекучем состоянии.
Нейтронную звезду можно себе представить как тело, состоящее из сравнительно тонкой твердой оболочки, заполненной сверхтекучей жидкостью.
Одним из первых ученых, выдвинувших гипотезу о сверхтекучем состоянии нейтронных звезд, был ученик Ландау, ныне академик А. Б. Мигдал.
В связи со сбоями была выдвинута гипотеза «звездотрясения», сущность которой вкратце заключается в следующем.
В результате быстрого вращения пульсар несколько сплющивается у полюсов.
С течением времени скорость вращения пульсара медленно уменьшается. Поэтому равновесие постепенно нарушается и звезда «старается» принять форму более близкую к сферической. Такое изменение формы происходит внезапно и приводит к частичному разрушению коры. При этом скорость вращения вокруг оси твердой оболочки звезды изменяется скачком.
Однако сверхтекучая нейтронная сердцевина звезды не увлекается корой и продолжает вначале вращаться с прежней скоростью. Напоминаем, что подобное явление наблюдается при вращении сосуда с гелием II.
Скорости вращения твердой коры и сверхтекучей нейтронной жидкости выравниваются очень медленно. Этим объясняется зависимость периода пульсара от времени.
По расчетам астрофизиков, звездотрясение — явление очень редкое. Оно может происходить один раз за несколько сот лет.
Так почему же у всех известных пульсаров интервал времени между двумя последовательными скачками скорости исчисляется несколькими годами и даже месяцами?
И физики вспомнили еще об одном явлении, наблюдаемом в гелии II.
Если сосуд с гелием II вращается, то уже при сравнительно небольшой угловой скорости вся жидкость пронизывается тонкими воронками — вихревыми нитями, параллельными оси вращения.
Не останавливаясь подробно на природе этих вихрей, заметим, что их можно уподобить квантовым вихревым нитям магнитного поля, проникающим в сверхпроводник второго рода, или, как их часто называют, вихрям Абрикосова. Напомним, что о них рассказывалось в главе восьмой.
Вращение пульсара приводит к тому, что его сверхтекучая нейтронная сердцевина оказывается пронизанной вихревыми нитями.
Возникновение и распад вихревых нитей подчиняются достаточно сложным закономерностям, на которых мы не имеем возможности остановиться в этой книге.
Оказалось, что теория, основанная на сверхтекучести нейтронной жидкости и закономерностях ее вихревой структуры, дает вполне удовлетворительное объяснение поведения пульсаров.
Здесь автор считает уместным, не опасаясь упрека в повторении, снова привести любимое изречение Ландау: «Верховным судьей каждой теории является опыт».
И на этот раз свой «приговор» предстояло вынести грузинским физикам.
После защиты докторской диссертации в Институте физических проблем, в конце сороковых годов, Элевтер Луарсабович Андроникашвили вернулся в Тбилиси.
В эти послевоенные годы физика в Грузии развивалась быстрыми темпами. Назрела необходимость организации в республике единого физического центра.
В 1951 году был основан Институт физики Академии наук Грузинской ССР. Организатором и бессменным директором этого института является академик Академии наук Грузинской ССР Э. Л. Андроникашвили. Здесь под его руководством, а в ряде случаев при его непосредственном участии проводятся исследования по многим направлениям современной физики.
Летом 1961 года Нильс Бор посетил грузинский физический институт.
Семидесятипятилетний патриарх физики был под свежим впечатлением встречи в Москве со своим любимым учеником. Ландау с юношеской прытью первым подбежал к выходу с трапа самолета на Шереметьевском аэродроме, и Бору показалось, что перед ним не прославленный академик, а тот самый молодой человек, впервые переступивший порог его института в Копенгагене сорок лет тому назад, которого он встретил тогда своим традиционным приветствием: «Хорошо, что вы приехали! Мы у вас многому научимся».
Все дни, что Бор провел в Москве, он почти не расставался с Ландау. Двум корифеям современной физики предстояло обсудить немало проблем.
В Тбилиси Бор убедился в том, что и у грузинских физиков можно «многому научиться». Некоторые из проведенных здесь работ по экспериментальной и теоретической физике явились существенным вкладом в мировую науку.
Помнят здесь и об одном из основных «заветов» Ландау, относящемуся к сверхтекучему жидкому гелию.
Эта удивительная квантовая жидкость по — прежнему вызывает неослабеваемый интерес у физиков всего мира. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования способствуют все более глубокому пониманию ее свойств. Так, в течение последних двух десятилетий возникла новая наука: квантовая гидродинамика жидкого гелия.
Немаловажную роль в становлении этой науки сыграли ученые Института физики Академии наук Грузинской ССР.
За цикл работ по исследованию свойств вращающегося гелия II, начатых в Институте физических проблем, Андроникашвили был удостоен Государственной премии. Он и сотрудники его института продолжают интенсивное исследование этой замечательной квантовой жидкости.
Не случайно, именно в грузинском институте физики были проведены эксперименты, убедительно подтвердившие гипотезу сверхтекучести в недрах нейтронных звезд.
