В.Л. Это оценено экспериментально, но теоретики очень этим недовольны.
С.Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт – совершенно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительном саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок второй, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу потом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Современные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков – их называют «калибровочными теориями» – основаны на том, что поля вызываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнитное поле, – безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает безмассовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспериментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти величины – сорт нейтрино и барионное число – не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионной асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриевич Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможность распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое отклонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и кинетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, почему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранние миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинаковое количество.
А.Г. Вернемся к вашему эксперименту все-таки.
В.Л. Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе – наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса – один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз удобнее всего бета-распад трития.
Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахождение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе – это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино – 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова –великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.
С.Г. Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошибки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.
В.Л. 20 лабораторий.
С.Г. Так что иногда ошибки бывают полезными.
В.Л. И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанные на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем от 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль магнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, магнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы откачивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образуется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, которая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с тритием – а это минимальное искажение.
Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собственно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегральным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенциала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду рассказывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точки бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.
С.Г. Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю. Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не мешал остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с половиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энергией в детектор не попадают.
А.Г. Такое электронное сито получается.
С.Г. Не сито, а просто нож, я бы сказал, который отсекает как раз нужную ему область. Чтобы точнее измерять энергию, он имеет магнитное поле с такими как бы пробками.
В.Л. То, что называется «пробкотрон».
С.Г. На этом принципе Будкером была придумана термоядерная установка «Огра».
В.Л. Здесь главное, что с помощью магнитного поля можно избежать регистрации электронов, которые родились на стенках. Электростатические спектрометры все страдают именно тем, что в остаточном газе образуются ионы, они бомбардируют стенки, электроны попадают в детектор…
А.Г. Сильный шум…
В.Л. Очень сильный фон или шум. На этом погорело несколько экспериментов. Сейчас еще есть один любитель, который хочет сделать чистую электростатику, посмотрим. Я думаю, что ничего не выйдет.
С.Г. В общем, это блестяще придумано. И отсечение от фона, и точность измерения энергии.
В.Л. Седьмой рисунок, пожалуйста.
Здесь показано как выглядит экспериментальный бета-спектр. Обратите внимание, внизу шкала энергий, то есть изменяется потенциал этого спектрометра, и считается количество электронов, регистрируемых детектором за определенный интервал времени. И видно, что буквально несколько электрон-вольт отделяют первые не нулевые точки от граничной энергии бета-спектра. Таким образом, это наиболее чувствительная область приближается как можно ближе к самому концу.
Мне не хотелось бы сейчас об этом слишком много говорить, но здесь же виден некий эффект, который мы еще не понимаем. Пунктиром обозначен бета-спектр, который получен путем сравнения со всем бета-спектром, который мы можем регистрировать. Мы только часть, конечно, можем регистрировать. И эта разность между пунктирным бета-спектром и экспериментальным имеет характер ступеньки. Здесь, может, плохо видно, потому что большой наклон. На самом деле, если вычесть одно из другого, то получается почти ступенька. Это вещь вообще-то не мешает измерению массы нейтрино, потому что может быть исключена просто вырезанием, так сказать. Но, с другой стороны, она носит очень странный характер. Мы пока еще работаем над этим. Но, в общем, повторяется это уже в течение многих лет.
А.Г. Никаких гипотез, объясняющих это…
В.Л. Есть гипотезы, но очень экстравагантные, даже не хотелось бы о них говорить.
С.Г. Я хотел бы еще немножко сказать о нейтрино в астрофизике и космологии. Когда в Галактике вспыхивает сверхновая звезда, ее свет сравним со светом всей Галактики, а в Галактике сто миллиардов звезд, то есть она светит как сто миллиардов звезд. Но оказывается, что это всего один или два процента от общей выделяемой энергии. 98-99 процентов выделяется в нейтрино. Почему? Да потому что нейтрино могут проходить…
В.Л. Вылететь могут…
С.Г. Последнее достижение многолетней работы – это то, что с помощью нейтрино удалось заглянуть в центр Солнца и посмотреть, как оно работает. Были большие сомнения, потому что первый эксперимент по идее Понтекорво, поставленный Дэвисом…
А.Г. Там возник дефицит нейтрино.
С.Г. Да, дефицит нейтрино. Потом японцы запустили установку «Камиоканде», потом еще «Суперкамиоканде». У них тоже был дефицит, но если вы брали данные «Камиоканде» и потом переносили этот поток к Дэвису, оказывалось, что некоторые побочные источники нейтрино, которые должны были быть, не только не вносят вклада, а вообще дают отрицательный вклад. То есть возникало противоречие.
На Баксане, в институте, где работает Владимир Михайлович, был поставлен опыт.
В.Л. Это отдел академика Зацепина.
С.Г. Был поставлен опыт, предложенный Кузьминым – галлий-германиевый радиохимический способ, там было накоплено 60 тонн галлия, это фактически вся мировая добыча.
В эксперименте Дэвиса не мог быть зарегистрирован основной поток нейтрино, который обладает меньшей энергией, порог регистрации у него был высокий. А в галлие-германиевом эксперименте регистрируется именно основной поток. И там тоже обнаружили дефицит. Это означало, что дело не в Солнце. Все решились буквально два года назад, когда заработала канадская обсерватория SNO, они обнаружили следующее.
У них была тяжелая вода, то есть был дейтерий, и они могли регистрировать, как электронные нейтрино, которые вызывают превращение одного из нейтронов в протон и испускание электрона, так и взаимодействие, которое вызывается так называемыми нейтральными токами. С помощью нейтральных токов может действовать не только электронное нейтрино, а и мюонные и тау-нейтрино. Когда на основании теории и экспериментальных данных посмотрели вклад этих нейтральных токов, то всё сошлось буквально. Ликвидировалось противоречие между хлор-аргонным методом Дэвиса, данными «Камиоканде» и канадской обсерватории. То есть, фактически была зарегистрирована осцилляция нейтрино, во-первых. Во-вторых, было показано, что с Солнцем все в порядке. Нейтрино из Солнца принесли нам информацию, а потом японцы устроили опыт на реакторных нейтрино. У них в сто километров был реактор, кажется, Володя?
В.Л. Не один реактор, а все буквально имеющиеся в Японии реакторы давали вклад в установленный детектор.
С.Г. И обнаружили, что от реактора идет поток электронных антинейтрино, что он на нужном расстоянии уменьшился – они перешли в другой тип, а другой тип не вызывал соответствующей реакции.
В.Л. Кстати говоря, в связи с этим было отмечено, что если ставить новые эксперименты, более чувствительные, то нейтрино от реакторов будут просто мешать, фонить. Настолько сейчас, во-первых, повысилась чувствительность экспериментов, а во-вторых, атомная энергетика завоевывает себе все больше и больше места.
С.Г. Вообще, про японцев можно очень хорошие слова говорить. Сколько они посвящают усилий и средств выделяют на науку.
В.Л. Очень жестко они все регулируют, не надо их идеализировать…
С.Г. Но построили же они «Суперкамиоканде».
В.Л. Траты были по минимуму, у нас затраты были бы в десять раз больше.
А.Г. Все-таки, возвращаясь к верхнему пределу установленной вами массы нейтрино. Это 2 электрон-вольта, да?
В.Л. Да.
А.Г. И она, вероятно, будет снижаться с ростом точности эксперимента.
В.Л. Да, я два слова хотел сказать …
С.Г. Я только перед этим еще раз тебя перебью, извини, Володя. Осцилляция показывает разность квадратов масс и достоверно говорит о том, что, по крайней мере, какие-то нейтрино обладают массой, поэтому страшно интересно идти дальше, опускаться ниже.
В.Л. К сожалению, следующий прибор, который обладает гораздо лучшей чувствительностью, построен по той же схеме, будет сооружаться в Германии, в исследовательском центре Карлсруэ. Мы участвуем в этом, но, к сожалению, как партнеры второго сорта, потому что не можем дать нужного количества денег. Но идейное, так сказать, участие – стопроцентное.
А.Г. То есть по схеме Троицкого будет построен…
В.Л. Да, по схеме Троицкого, вот он изображен здесь. Диаметр здесь показан в 7 метров, сейчас собираются делать все-таки в десять метров. Это будет спектрометр, который позволит добраться до десятой электрон-вольта по массе. Будем надеяться, что это действительно произойдет, но требования, которые при этом предъявляются к самому спектрометру – исключительные. То есть надо сделать сосуд диаметром 10 и длиной 30 метров, с вакуумом 10 в минус 11-ой миллибара – такого еще нигде не делалось. Делался вакуум в небольших объемах, 10 минус 11-й, или делался большой объем с плохим вакуумом, а чтобы и сверхвысокий вакуум, и громадный объем – такого не делалось.
С.Г. Это холодное всё будет.
В.Л. Это будет охлаждаться до температуры минус 20…
А.Г. Тут крионасос стоит…
С.Г. И с газовым источником…
В.Л. Да, с газовым источником. Причем, из-за того что трубочка получается не 20 миллиметров, а 100 миллиметров, приходится длину его увеличивать в семь раз – для того чтобы исключить попадание трития в спектрометр. Такой проект в настоящий момент принят, идет его проработка.
А.Г. А сколько лет уйдет на создание такого прибора?
В.Л. Мы собираемся делать это где-то в 2007-2008 годах. Но можно ошибиться, потому что проблема действительно серьезная.
А.Г. И серьезные проблемы все-таки возникают с дефицитом массы вещества во Вселенной. Раз на нейтрино мы не можем его списать, что ж делать?
С.Г. Вот это и есть, по-моему, начало новой революции в естествознании. В 2003 году опубликованы данные так называемого «WMAP». Это спутниковый эксперимент, который изучал неоднородность реликта. Эта неоднородность на уровне нескольких единиц на 10 в минус 5-ой.
А.Г. Да, мы здесь даже видели карту, нам показывали.
С.Г. В каком-то смысле, все эти идеи опять же идут из России. Академики Сюняев и Зельдович в 70-ом году обратили внимание, что в момент, когда происходит рекомбинация водорода, когда температура такая, что электроны захватываются протоном, образуются нейтральные атомы, то фотоны спокойно могут из этой плазмы выходить. А эта плазма сама по себе неспокойна, в ней есть звуковые колебания, и отсюда возникают угловые неоднородности реликтового излучения. А по параметрам этих неоднородностей можно определить и полную массу вещества Вселенной…
В.Л. Сумму трех нейтрино.
С.Г. Имеется так называемая критическая плотность, которая связана с постоянной Хаббла, которая характеризует скорость удаления Галактик. Так вот, оказывается, отношение плотности вещества к критической с большой точностью – единица, немножко больше. Это значит, что пространственная геометрия нашей Вселенной – эвклидовская. Второе. Эти опыты доказывают, что привычная нам барионная материя – протоны, нейтроны, электроны – составляет только 4,5 процента от всего.
В.Л. По массе, а не по количеству частей…
С.Г. Что же остальное? Остальное есть то, что называют скрытая масса. Скрытая масса довольно-таки давно обнаружена, потому что движение звезд на периферии галактик определяется массой всех звезд, не только массой светящейся материи и газов, которые мы наблюдаем, а еще чем-то. И оказывается, что есть темная масса, которая раз в 6-7 превосходит светящуюся массу. Но кроме этой «темной массы» есть еще то, что назвали «темная энергия». Некоторые думают, что это есть энергия вакуумная, которая отвечает так называемой космологической постоянной. Ее впервые ввел Эйнштейн и потом говорил, что это самая большая ошибка в его жизни была, а сейчас ее используют.
В.Л. Только не надо говорить «используют», а то мы можем неверно быть поняты – ведь некоторые товарищи утверждают, что ее можно использовать прямо чуть ли не в энергетике…
С.Г. Нет, так ее использовать нельзя, она всюду распределена одинаково…
Но с некоторой точки зрения это неудовлетворительно. Поэтому было придумано особое поле. Греки считали в свое время, что есть четыре сущности – земля, воздух, вода, огонь, и оставляли место для пятой сущности – квинтэссенции, так и сейчас снова ввели некую «квинтэссенцию». Оказывается, если это не вакуумная энергия, что, в общем, не очень хорошо по ряду причин, то это квинтэссенция. А что такое квинтэссенция? Мы не знаем. А она составляет 70 процентов.
А.Г. Вернулись к идее эфира.
С.Г. Это фактически та же ситуация, о которой мы говорили в связи с нейтрино, когда было не сохранение энергии в бета-распаде, что-то уходило, а что – неизвестно. Это вопрос и для физики частиц, и для космологии, и для астрофизики. Люди очень самонадеянны бывают…
В.Л. Ландю вроде бы сказал: «Astrophysicists are often in wrong but never in doubt».
С.Г. Но, кстати, астрофизики предсказали уровень в ядре углерода, который ядерщики не знали – просто подсчетом красных гигантов…
В.Л. Ну, бывает, бывает…
А.Г. У нас заканчивается время, к сожалению…
С.Г. Я хочу сказать следующее. Надо осознать, что мы накануне новой революции в естествознании, понимаете? И действительно завидно, так сказать, студентам, которые сейчас учатся. Они, наверное, узнают ответ на эти вопросы. А что касается массы нейтрино, то есть опыты, по которым пытаются определить массу фотона. Кстати, самые лучшие данные были с космических исследований. Если есть масса…
А.Г. Теперь и фотон обладает массой?
С.Г. А почему? Не исключено.
В.Л. Предположить можно все что угодно…
А.Г. Но тогда возникают проблемы со скоростью света, возникает…
С.Г. Вы знаете, различие скорости света проявится на длинных волн порядка 100 тысяч километров – таких опытов не было.
А как оценивают массу фотона. Если бы у фотона была масса, то изменился бы немного закон Кулона и, измеряя на ракетах магнитное поле Юпитера, получили, что если у фотона есть масса, то она по крайней мере 10 в минус 49-й.
В.Л. 41-й, по-моему…
С.Г. 10 в минус 22-й и по отношению к 10 в минус 27-й электрона, получается 10 в минус 49-й, Володя. Если вообще есть, то 10 в минус 49-й. Покажу тебе на пальцах.
Но возникает вопрос о массе гравитона, она тоже сейчас теоретиками обсуждается с разных сторон. Вы с Логуновым беседовали, он говорит о массе гравитона. В новых теориях, которые пытаются все объединить, гравитон тоже имеет массу. Оценка этой массы такая, что изменяются кластеры галактик – известно, что на расстоянии в 500 килопарсек (парсек – три световых года) они еще взаимодействуют, отсюда можно сказать, что масса гравитона меньше, чем 10 в минус 62-й грамма…
Миграции индоевропейцев
Участник:
Вячеслав Всеволодович Иванов – академик РАН
Александр Гордон: …материал Вавилова по бобовым, в том числе по чечевице, по-моему, поскольку это была одна из первых культур, которые несли с собой народы, расселяясь по передней Азии, Востоку и Европе. Сравнительный анализ этих культур показал, что Иранское плоскогорье, горы Заграса – это предположительно по их тогдашним гипотезам и есть прародина тех людей, которые, населив Европу, смешавшись с автохтонным населением, которое уже было здесь, собственно, создали то, что мы видим сейчас. И я был абсолютно поражен, когда прочел часть ваших работ, что ваши исследования приводят почти к тому же выводу. И вот когда одно древо накладывается на другое, да еще третье сверху – археология, получается абсолютно объективные картины расселения. Так вот, вопроса даже нет, есть пожелание рассказать о том, как вы пришли к такой схеме расселения.
Вячеслав Иванов: Мы, то есть я и мой соавтор – Тамаз Валерьянович Гамкрелидзе, член нашей Российской Академии Наук, сейчас работающий в Тбилиси, довольно много лет этим вопросом занимались, с 70-х годов до времени, когда вышла наша книга в 84-ом году первым изданием. Наш интерес был в том, чтобы проследить, как распределены древние индоевропейские языки, какова вероятная культура тех, кто говорил на них, и тех, кто говорил на языках, из которых они произошли.
Собственная говоря, главная задача исторического языкознания –реконструировать праиндоевропейский язык, исходный язык, на котором не раньше чем в 6-7 тысячелетиях до нашей эры, может быть несколько позже, говорили в какой-то местности «икс». Задача – определить эту местность, но этот язык мы называем «праязык», в смысле что это был праязык большой семьи языков, на котором сейчас говорит большинство народов Европы и Западной части Евразии, Индии и т.д. Наша задача была понять, откуда эти языки могли прийти. И мы наметили некоторую область, о которой вы, собственно, рассказали по поводу исходной территории одомашненных растений по Вавилову и другим.
Действительно, нас тоже когда-то поразило это совпадение. Как оно поразило и археолога Ренфрю, который потом сходную идею высказал на основании археологического материала. Я сегодня хотел бы, возвращаясь к этой нашей теории, которой вот уже больше 20-ти лет, кое-что сказать о том, что за последнее время открыто нового, что, как мне кажется, говорит в нашу пользу. Потому что просто рассказывать о том, что было напечатано 20 лет назад можно, но это популяризация. Меня когда-то академик Семенов спросил: «Сколько вам лет?» Я говорю – 30. Он говорит: «Спешите, потому что все, что вы можете, надо успеть сделать сейчас, а потом остаток жизни вы будете объяснять людям, что вы сделали в 30 лет». Я не очень хочу быть в такой ситуации, поэтому хочу кое-что все-таки добавить.
Я думаю, что я не ошибаюсь, что те новые открытия, о которых я сегодня упомяну, сделанные разными людьми, но в большой степени нашими археологами и некоторыми другими нашими учеными, эти открытия подтверждают многое из того, что мы предположили.
Итак, я хотел бы, прежде всего, показать эту карту миграции, которая была и в нашей книге. Стрелки – это предполагаемое распространение разных индоевропейских языков, которые приводят к их нахождению в разных местах Европы. Это движение в западных оконечностях и в некоторых частях Евразии, в частности, они переселялись в сторону Индии, в сторону Средней Азии, о чем я еще буду говорить. Мы предположили на основании сравнения всех этих языков друг с другом, что первоначальная прародина находилась примерно в районах между озерами Ван и Урмия, или к югу от них, то есть близко к Северной Месопотамии.
Здесь возникает один резонный вопрос, который нам задавали многие наши оппоненты. Я не могу сказать, что эта теория сразу была принята всеми, были очень яростные споры. Очень крупные ученые, как покойный мой друг Игорь Михайлович Дьяконов, довольно решительно спорили с нами, хотя, в конце концов, и соглашались со многими из наших доводов. Но вот одно из серьезных возражений или вопросов было такое: допустим, действительно прародина где-то здесь. На поздних этапах, не на самом раннем, а когда это были уже диалекты, то есть когда они еще должны были по нашей схеме хотя бы частично здесь оставаться – в это время уже начинается письменность. Почему не осталось письменных текстов на этих языках?
Вы знаете, в этом смысле в последнее время появились совершенно неожиданные новые точки зрения. Опять-таки, я не могу сказать, что они общеприняты, но они настолько головокружительны, что мне хочется немного о них сказать. Это касается предыстории клинописи в Месопотамии. Месопотамия – это область, где, как предполагается, началась письменность и человеческая история, это область, которая соответствует современному Ираку.
С.Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт – совершенно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительном саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок второй, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу потом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Современные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков – их называют «калибровочными теориями» – основаны на том, что поля вызываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнитное поле, – безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает безмассовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспериментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти величины – сорт нейтрино и барионное число – не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионной асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриевич Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможность распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое отклонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и кинетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, почему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранние миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинаковое количество.
А.Г. Вернемся к вашему эксперименту все-таки.
В.Л. Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе – наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса – один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз удобнее всего бета-распад трития.
Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахождение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе – это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино – 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова –великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.
С.Г. Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошибки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.
В.Л. 20 лабораторий.
С.Г. Так что иногда ошибки бывают полезными.
В.Л. И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанные на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем от 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль магнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, магнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы откачивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образуется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, которая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с тритием – а это минимальное искажение.
Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собственно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегральным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенциала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду рассказывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точки бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.
С.Г. Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю. Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не мешал остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с половиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энергией в детектор не попадают.
А.Г. Такое электронное сито получается.
С.Г. Не сито, а просто нож, я бы сказал, который отсекает как раз нужную ему область. Чтобы точнее измерять энергию, он имеет магнитное поле с такими как бы пробками.
В.Л. То, что называется «пробкотрон».
С.Г. На этом принципе Будкером была придумана термоядерная установка «Огра».
В.Л. Здесь главное, что с помощью магнитного поля можно избежать регистрации электронов, которые родились на стенках. Электростатические спектрометры все страдают именно тем, что в остаточном газе образуются ионы, они бомбардируют стенки, электроны попадают в детектор…
А.Г. Сильный шум…
В.Л. Очень сильный фон или шум. На этом погорело несколько экспериментов. Сейчас еще есть один любитель, который хочет сделать чистую электростатику, посмотрим. Я думаю, что ничего не выйдет.
С.Г. В общем, это блестяще придумано. И отсечение от фона, и точность измерения энергии.
В.Л. Седьмой рисунок, пожалуйста.
Здесь показано как выглядит экспериментальный бета-спектр. Обратите внимание, внизу шкала энергий, то есть изменяется потенциал этого спектрометра, и считается количество электронов, регистрируемых детектором за определенный интервал времени. И видно, что буквально несколько электрон-вольт отделяют первые не нулевые точки от граничной энергии бета-спектра. Таким образом, это наиболее чувствительная область приближается как можно ближе к самому концу.
Мне не хотелось бы сейчас об этом слишком много говорить, но здесь же виден некий эффект, который мы еще не понимаем. Пунктиром обозначен бета-спектр, который получен путем сравнения со всем бета-спектром, который мы можем регистрировать. Мы только часть, конечно, можем регистрировать. И эта разность между пунктирным бета-спектром и экспериментальным имеет характер ступеньки. Здесь, может, плохо видно, потому что большой наклон. На самом деле, если вычесть одно из другого, то получается почти ступенька. Это вещь вообще-то не мешает измерению массы нейтрино, потому что может быть исключена просто вырезанием, так сказать. Но, с другой стороны, она носит очень странный характер. Мы пока еще работаем над этим. Но, в общем, повторяется это уже в течение многих лет.
А.Г. Никаких гипотез, объясняющих это…
В.Л. Есть гипотезы, но очень экстравагантные, даже не хотелось бы о них говорить.
С.Г. Я хотел бы еще немножко сказать о нейтрино в астрофизике и космологии. Когда в Галактике вспыхивает сверхновая звезда, ее свет сравним со светом всей Галактики, а в Галактике сто миллиардов звезд, то есть она светит как сто миллиардов звезд. Но оказывается, что это всего один или два процента от общей выделяемой энергии. 98-99 процентов выделяется в нейтрино. Почему? Да потому что нейтрино могут проходить…
В.Л. Вылететь могут…
С.Г. Последнее достижение многолетней работы – это то, что с помощью нейтрино удалось заглянуть в центр Солнца и посмотреть, как оно работает. Были большие сомнения, потому что первый эксперимент по идее Понтекорво, поставленный Дэвисом…
А.Г. Там возник дефицит нейтрино.
С.Г. Да, дефицит нейтрино. Потом японцы запустили установку «Камиоканде», потом еще «Суперкамиоканде». У них тоже был дефицит, но если вы брали данные «Камиоканде» и потом переносили этот поток к Дэвису, оказывалось, что некоторые побочные источники нейтрино, которые должны были быть, не только не вносят вклада, а вообще дают отрицательный вклад. То есть возникало противоречие.
На Баксане, в институте, где работает Владимир Михайлович, был поставлен опыт.
В.Л. Это отдел академика Зацепина.
С.Г. Был поставлен опыт, предложенный Кузьминым – галлий-германиевый радиохимический способ, там было накоплено 60 тонн галлия, это фактически вся мировая добыча.
В эксперименте Дэвиса не мог быть зарегистрирован основной поток нейтрино, который обладает меньшей энергией, порог регистрации у него был высокий. А в галлие-германиевом эксперименте регистрируется именно основной поток. И там тоже обнаружили дефицит. Это означало, что дело не в Солнце. Все решились буквально два года назад, когда заработала канадская обсерватория SNO, они обнаружили следующее.
У них была тяжелая вода, то есть был дейтерий, и они могли регистрировать, как электронные нейтрино, которые вызывают превращение одного из нейтронов в протон и испускание электрона, так и взаимодействие, которое вызывается так называемыми нейтральными токами. С помощью нейтральных токов может действовать не только электронное нейтрино, а и мюонные и тау-нейтрино. Когда на основании теории и экспериментальных данных посмотрели вклад этих нейтральных токов, то всё сошлось буквально. Ликвидировалось противоречие между хлор-аргонным методом Дэвиса, данными «Камиоканде» и канадской обсерватории. То есть, фактически была зарегистрирована осцилляция нейтрино, во-первых. Во-вторых, было показано, что с Солнцем все в порядке. Нейтрино из Солнца принесли нам информацию, а потом японцы устроили опыт на реакторных нейтрино. У них в сто километров был реактор, кажется, Володя?
В.Л. Не один реактор, а все буквально имеющиеся в Японии реакторы давали вклад в установленный детектор.
С.Г. И обнаружили, что от реактора идет поток электронных антинейтрино, что он на нужном расстоянии уменьшился – они перешли в другой тип, а другой тип не вызывал соответствующей реакции.
В.Л. Кстати говоря, в связи с этим было отмечено, что если ставить новые эксперименты, более чувствительные, то нейтрино от реакторов будут просто мешать, фонить. Настолько сейчас, во-первых, повысилась чувствительность экспериментов, а во-вторых, атомная энергетика завоевывает себе все больше и больше места.
С.Г. Вообще, про японцев можно очень хорошие слова говорить. Сколько они посвящают усилий и средств выделяют на науку.
В.Л. Очень жестко они все регулируют, не надо их идеализировать…
С.Г. Но построили же они «Суперкамиоканде».
В.Л. Траты были по минимуму, у нас затраты были бы в десять раз больше.
А.Г. Все-таки, возвращаясь к верхнему пределу установленной вами массы нейтрино. Это 2 электрон-вольта, да?
В.Л. Да.
А.Г. И она, вероятно, будет снижаться с ростом точности эксперимента.
В.Л. Да, я два слова хотел сказать …
С.Г. Я только перед этим еще раз тебя перебью, извини, Володя. Осцилляция показывает разность квадратов масс и достоверно говорит о том, что, по крайней мере, какие-то нейтрино обладают массой, поэтому страшно интересно идти дальше, опускаться ниже.
В.Л. К сожалению, следующий прибор, который обладает гораздо лучшей чувствительностью, построен по той же схеме, будет сооружаться в Германии, в исследовательском центре Карлсруэ. Мы участвуем в этом, но, к сожалению, как партнеры второго сорта, потому что не можем дать нужного количества денег. Но идейное, так сказать, участие – стопроцентное.
А.Г. То есть по схеме Троицкого будет построен…
В.Л. Да, по схеме Троицкого, вот он изображен здесь. Диаметр здесь показан в 7 метров, сейчас собираются делать все-таки в десять метров. Это будет спектрометр, который позволит добраться до десятой электрон-вольта по массе. Будем надеяться, что это действительно произойдет, но требования, которые при этом предъявляются к самому спектрометру – исключительные. То есть надо сделать сосуд диаметром 10 и длиной 30 метров, с вакуумом 10 в минус 11-ой миллибара – такого еще нигде не делалось. Делался вакуум в небольших объемах, 10 минус 11-й, или делался большой объем с плохим вакуумом, а чтобы и сверхвысокий вакуум, и громадный объем – такого не делалось.
С.Г. Это холодное всё будет.
В.Л. Это будет охлаждаться до температуры минус 20…
А.Г. Тут крионасос стоит…
С.Г. И с газовым источником…
В.Л. Да, с газовым источником. Причем, из-за того что трубочка получается не 20 миллиметров, а 100 миллиметров, приходится длину его увеличивать в семь раз – для того чтобы исключить попадание трития в спектрометр. Такой проект в настоящий момент принят, идет его проработка.
А.Г. А сколько лет уйдет на создание такого прибора?
В.Л. Мы собираемся делать это где-то в 2007-2008 годах. Но можно ошибиться, потому что проблема действительно серьезная.
А.Г. И серьезные проблемы все-таки возникают с дефицитом массы вещества во Вселенной. Раз на нейтрино мы не можем его списать, что ж делать?
С.Г. Вот это и есть, по-моему, начало новой революции в естествознании. В 2003 году опубликованы данные так называемого «WMAP». Это спутниковый эксперимент, который изучал неоднородность реликта. Эта неоднородность на уровне нескольких единиц на 10 в минус 5-ой.
А.Г. Да, мы здесь даже видели карту, нам показывали.
С.Г. В каком-то смысле, все эти идеи опять же идут из России. Академики Сюняев и Зельдович в 70-ом году обратили внимание, что в момент, когда происходит рекомбинация водорода, когда температура такая, что электроны захватываются протоном, образуются нейтральные атомы, то фотоны спокойно могут из этой плазмы выходить. А эта плазма сама по себе неспокойна, в ней есть звуковые колебания, и отсюда возникают угловые неоднородности реликтового излучения. А по параметрам этих неоднородностей можно определить и полную массу вещества Вселенной…
В.Л. Сумму трех нейтрино.
С.Г. Имеется так называемая критическая плотность, которая связана с постоянной Хаббла, которая характеризует скорость удаления Галактик. Так вот, оказывается, отношение плотности вещества к критической с большой точностью – единица, немножко больше. Это значит, что пространственная геометрия нашей Вселенной – эвклидовская. Второе. Эти опыты доказывают, что привычная нам барионная материя – протоны, нейтроны, электроны – составляет только 4,5 процента от всего.
В.Л. По массе, а не по количеству частей…
С.Г. Что же остальное? Остальное есть то, что называют скрытая масса. Скрытая масса довольно-таки давно обнаружена, потому что движение звезд на периферии галактик определяется массой всех звезд, не только массой светящейся материи и газов, которые мы наблюдаем, а еще чем-то. И оказывается, что есть темная масса, которая раз в 6-7 превосходит светящуюся массу. Но кроме этой «темной массы» есть еще то, что назвали «темная энергия». Некоторые думают, что это есть энергия вакуумная, которая отвечает так называемой космологической постоянной. Ее впервые ввел Эйнштейн и потом говорил, что это самая большая ошибка в его жизни была, а сейчас ее используют.
В.Л. Только не надо говорить «используют», а то мы можем неверно быть поняты – ведь некоторые товарищи утверждают, что ее можно использовать прямо чуть ли не в энергетике…
С.Г. Нет, так ее использовать нельзя, она всюду распределена одинаково…
Но с некоторой точки зрения это неудовлетворительно. Поэтому было придумано особое поле. Греки считали в свое время, что есть четыре сущности – земля, воздух, вода, огонь, и оставляли место для пятой сущности – квинтэссенции, так и сейчас снова ввели некую «квинтэссенцию». Оказывается, если это не вакуумная энергия, что, в общем, не очень хорошо по ряду причин, то это квинтэссенция. А что такое квинтэссенция? Мы не знаем. А она составляет 70 процентов.
А.Г. Вернулись к идее эфира.
С.Г. Это фактически та же ситуация, о которой мы говорили в связи с нейтрино, когда было не сохранение энергии в бета-распаде, что-то уходило, а что – неизвестно. Это вопрос и для физики частиц, и для космологии, и для астрофизики. Люди очень самонадеянны бывают…
В.Л. Ландю вроде бы сказал: «Astrophysicists are often in wrong but never in doubt».
С.Г. Но, кстати, астрофизики предсказали уровень в ядре углерода, который ядерщики не знали – просто подсчетом красных гигантов…
В.Л. Ну, бывает, бывает…
А.Г. У нас заканчивается время, к сожалению…
С.Г. Я хочу сказать следующее. Надо осознать, что мы накануне новой революции в естествознании, понимаете? И действительно завидно, так сказать, студентам, которые сейчас учатся. Они, наверное, узнают ответ на эти вопросы. А что касается массы нейтрино, то есть опыты, по которым пытаются определить массу фотона. Кстати, самые лучшие данные были с космических исследований. Если есть масса…
А.Г. Теперь и фотон обладает массой?
С.Г. А почему? Не исключено.
В.Л. Предположить можно все что угодно…
А.Г. Но тогда возникают проблемы со скоростью света, возникает…
С.Г. Вы знаете, различие скорости света проявится на длинных волн порядка 100 тысяч километров – таких опытов не было.
А как оценивают массу фотона. Если бы у фотона была масса, то изменился бы немного закон Кулона и, измеряя на ракетах магнитное поле Юпитера, получили, что если у фотона есть масса, то она по крайней мере 10 в минус 49-й.
В.Л. 41-й, по-моему…
С.Г. 10 в минус 22-й и по отношению к 10 в минус 27-й электрона, получается 10 в минус 49-й, Володя. Если вообще есть, то 10 в минус 49-й. Покажу тебе на пальцах.
Но возникает вопрос о массе гравитона, она тоже сейчас теоретиками обсуждается с разных сторон. Вы с Логуновым беседовали, он говорит о массе гравитона. В новых теориях, которые пытаются все объединить, гравитон тоже имеет массу. Оценка этой массы такая, что изменяются кластеры галактик – известно, что на расстоянии в 500 килопарсек (парсек – три световых года) они еще взаимодействуют, отсюда можно сказать, что масса гравитона меньше, чем 10 в минус 62-й грамма…
Миграции индоевропейцев
9.10.03
(хр. 00:51:07)
Участник:
Вячеслав Всеволодович Иванов – академик РАН
Александр Гордон: …материал Вавилова по бобовым, в том числе по чечевице, по-моему, поскольку это была одна из первых культур, которые несли с собой народы, расселяясь по передней Азии, Востоку и Европе. Сравнительный анализ этих культур показал, что Иранское плоскогорье, горы Заграса – это предположительно по их тогдашним гипотезам и есть прародина тех людей, которые, населив Европу, смешавшись с автохтонным населением, которое уже было здесь, собственно, создали то, что мы видим сейчас. И я был абсолютно поражен, когда прочел часть ваших работ, что ваши исследования приводят почти к тому же выводу. И вот когда одно древо накладывается на другое, да еще третье сверху – археология, получается абсолютно объективные картины расселения. Так вот, вопроса даже нет, есть пожелание рассказать о том, как вы пришли к такой схеме расселения.
Вячеслав Иванов: Мы, то есть я и мой соавтор – Тамаз Валерьянович Гамкрелидзе, член нашей Российской Академии Наук, сейчас работающий в Тбилиси, довольно много лет этим вопросом занимались, с 70-х годов до времени, когда вышла наша книга в 84-ом году первым изданием. Наш интерес был в том, чтобы проследить, как распределены древние индоевропейские языки, какова вероятная культура тех, кто говорил на них, и тех, кто говорил на языках, из которых они произошли.
Собственная говоря, главная задача исторического языкознания –реконструировать праиндоевропейский язык, исходный язык, на котором не раньше чем в 6-7 тысячелетиях до нашей эры, может быть несколько позже, говорили в какой-то местности «икс». Задача – определить эту местность, но этот язык мы называем «праязык», в смысле что это был праязык большой семьи языков, на котором сейчас говорит большинство народов Европы и Западной части Евразии, Индии и т.д. Наша задача была понять, откуда эти языки могли прийти. И мы наметили некоторую область, о которой вы, собственно, рассказали по поводу исходной территории одомашненных растений по Вавилову и другим.
Действительно, нас тоже когда-то поразило это совпадение. Как оно поразило и археолога Ренфрю, который потом сходную идею высказал на основании археологического материала. Я сегодня хотел бы, возвращаясь к этой нашей теории, которой вот уже больше 20-ти лет, кое-что сказать о том, что за последнее время открыто нового, что, как мне кажется, говорит в нашу пользу. Потому что просто рассказывать о том, что было напечатано 20 лет назад можно, но это популяризация. Меня когда-то академик Семенов спросил: «Сколько вам лет?» Я говорю – 30. Он говорит: «Спешите, потому что все, что вы можете, надо успеть сделать сейчас, а потом остаток жизни вы будете объяснять людям, что вы сделали в 30 лет». Я не очень хочу быть в такой ситуации, поэтому хочу кое-что все-таки добавить.
Я думаю, что я не ошибаюсь, что те новые открытия, о которых я сегодня упомяну, сделанные разными людьми, но в большой степени нашими археологами и некоторыми другими нашими учеными, эти открытия подтверждают многое из того, что мы предположили.
Итак, я хотел бы, прежде всего, показать эту карту миграции, которая была и в нашей книге. Стрелки – это предполагаемое распространение разных индоевропейских языков, которые приводят к их нахождению в разных местах Европы. Это движение в западных оконечностях и в некоторых частях Евразии, в частности, они переселялись в сторону Индии, в сторону Средней Азии, о чем я еще буду говорить. Мы предположили на основании сравнения всех этих языков друг с другом, что первоначальная прародина находилась примерно в районах между озерами Ван и Урмия, или к югу от них, то есть близко к Северной Месопотамии.
Здесь возникает один резонный вопрос, который нам задавали многие наши оппоненты. Я не могу сказать, что эта теория сразу была принята всеми, были очень яростные споры. Очень крупные ученые, как покойный мой друг Игорь Михайлович Дьяконов, довольно решительно спорили с нами, хотя, в конце концов, и соглашались со многими из наших доводов. Но вот одно из серьезных возражений или вопросов было такое: допустим, действительно прародина где-то здесь. На поздних этапах, не на самом раннем, а когда это были уже диалекты, то есть когда они еще должны были по нашей схеме хотя бы частично здесь оставаться – в это время уже начинается письменность. Почему не осталось письменных текстов на этих языках?
Вы знаете, в этом смысле в последнее время появились совершенно неожиданные новые точки зрения. Опять-таки, я не могу сказать, что они общеприняты, но они настолько головокружительны, что мне хочется немного о них сказать. Это касается предыстории клинописи в Месопотамии. Месопотамия – это область, где, как предполагается, началась письменность и человеческая история, это область, которая соответствует современному Ираку.