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.

Башня с часами

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^*. Значит, замороженный гамма-излучатель дает кванты очень точной "длины волны".

^* (Соответствующую формулу вывел, кстати, Эйнштейн: Е = hv, где Е - энергия, v - частота, h - постоянная величина.)

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.