Яков Гегузин - Живой кристалл

В одной из мартовских тетрадок за 1965 г. английского еженедельника «Nature» («Природа») в разделе «Письма к редактору» появилась небольшая заметка четырех авторов — трех физиков и одного археолога. В заметке сообщается, что авторы сделали попытку определить возраст ножа, некогда изготовленного и:» обсидиана — куска твердой, застывшей стекловидной

массы вулканического происхождения. Этот нож в 1927 г. был найден в древней пещере археологом, четвертым автором заметки. По косвенным признакам было установлено, что изготовлен он был давным-давно, много тысячелетий тому назад. Лезвие ножа — его наиболее тонкая часть — было оплавлено. Видимо, в то время, когда им пользовались по назначению, нож побывал в огне костра. Именно этим обстоятельством авторы и решили воспользоваться для более точного определения возраста ножа.

Проследим их логику. В обсидиане, как, впрочем, и в любом материале, всегда имеется естественная незначительная примесь изотопов урана, которые, как уже упоминалось, самопроизвольно делятся, спонтанно рождая осколки, создающие треки. Перед тем, как нож попал в костер, в нем заведомо было множество треков от осколков, возникавших при спонтанном делении. Эти треки, однако, должны были залечиться в огне костра, настолько жаркого, что кромка лезвия ножа оказалась оплавленной. После того, как костер погас, процесс спонтанного деления продолжал создавать новые треки в остывшем ноже. Их, разумеется, должно быть тем больше, чем больше времени прошло с того момента, когда погас костер. Авторы тщательно исследовали нож и обнаружили на его поверхности, равной 5,6 см 2, семнадцать треков, созданных спонтанным делением. Очевидно, число треков от спонтанного деления в единице объема определится формулой

п Т = п i λ t ,

где п i — число атомов изотопа урана в единице объема, λ— вероятность спонтанного деления, или, иначе, число делений в единицу времени, t — время, в течение которого в образце накапливались треки. Именно это время нас и интересует.

Величину п Т авторы определили экспериментально, изучая нож, величина λсообщается в соответствующих таблицах, а число атомов п i изотопа урана авторы определили в независимом опыте. После расчетов оказалось, что t = 3700 ±900 лет. Этот возраст, определенный с помощью треков от осколков делящихся ядер, согласуется с определением археологов, которые, пользуясь косвенными соображениями, определили почти тот же возраст. Итак, треки, созданные осколками ядер естественной примеси урана, рассказали о грустном эпизоде в жизни ножа — безмолвного куска неживой породы: 3700 лет тому назад он побывал в огне костра.

Историю обсидианового ножа, обезображенного огнем костра, стоило рассказать. Она — типичный пример использования треков при решении различных задач из области геохронологии и археологии. На примере рассказанной истории видно, каким образом геологи, изучая треки, могут определить возраст ископаемого минерала, т. е. выяснить обстоятельства, имеющие огромное значение при организации поисковых работ.

Здесь можно бы рассказать и о том, что дефекты структуры треков являются своеобразными «элементами памяти» ископаемого минерала, запечатлевшими не только дату его рождения, но и многие детали его «биографии».

Скажем, минерал некогда испытал на себе действие повышенной температуры. Имевшиеся в нем к тому моменту треки частично залечатся и затем будут протравливаться не так, как «свежие» треки. Таким образом, треки также могут «сообщить» о том, что некогда было повышение температуры.

Можно надеяться и на то, что треки хранят воспоминания не только о факте бывшего нагрева, но и о том, какой температуры достигал этот нагрев. Дело в том, что вследствие анизотропии скорости залечивания в нагревавшемся минерале должно быть распределение размеров треков по ориентациям, зависящее от того, при какой температуре происходило частичное залечивание. Данные об анизотропии длин треков могут быть использованы для того, чтобы, пусть приближенно, определить температуру некогда бывшего нагрева.

Треки в естественных минералах могут хранить воспоминания и о различных механических воздействиях, которые некогда были минералами испытаны. Треки говорливы. Они многое помнят и о многом рассказывают.

Повествование о живом и тем более о неумирающем не может быть логично завершено, его можно лишь оборвать. Именно это я и вынужден сделать, рассказав о «живом кристалле» лишь малую толику из того, что о нем известно. Быть может, другой автор-кристалло* физик в другой книжке продолжит мой рассказ. Он, конечно же, расскажет об иных признаках жизни и о других деталях биографии кристалла, которые кристалл доверительно рассказал ему. Названия книг у нас могут оказаться одинаковыми, а оглавления, видимо, будут существенно различными. Я хотел бы увидеть эти книги: с тем же названием и совсем иным оглавлением. Каждый изучающий и любящий кристалл видит его «со своей колокольни», и, пожалуй, со всех разумных колоколен он манящ и красочен. И еще — совсем личное признание. Мне было радостно писать эту книгу, общение с живым кристаллом было моим отдыхом. Очень надеюсь, что частицу этой радости я донес до читателя. Во всяком случае, очень этого хочу!

О «квазичастицах» в современной квантовой теории твердого подробно рассказано в прекрасной научно-популярной книге М. И. Каганова «Электроны, фононы, магноны». Эта книга из числа тех, которые должны быть прочтены всеми, кто интересуется физикой твердого тела.