Рейтинг@Mail.ru
Физики и Фараоны

1967 01 январь

Физики и Фараоны

Автор: Клейн Л.

читать

или история о том, как египетский фараон увенчал Нобелевской премией американского физика и что из этого получилось.

„Прекрасны пути Сенусерта...“
Фараон Сенусерт III царствовал в Фивах, древней столице Египта, почти пять тысяч лет тому назад. Это был пятый фараон двенадцатой династии — сильный, алчный и суеверный. Он приказывал надписывать имена врагов на глиняных горшках, а затем разбивать горшки: фараон верил, что такими магическими приемами скорее погубит своих врагов. Судя nd результатам его походов, он, однако, уповал не только на разбивание горшков, но и на хорошо вооруженное войско. За несколько лет он покорил Нубию, отодвинув далеко на юг египетскую границу, и последующие фараоны почитали его как бога в храмах Нубии, ибо именно с тех пор толпы черных рабов и потоки золота потекли в Египет из «подлой страны Куш», — как называется Нубия в надписях фараонов. Сенусерт повелел пробить канал в гранитных скалах в обход Нильских порогов и на скале острова Сехель высечь: «Прекрасны пути Сенусерта, да живет он вечно». Заклинание не сбылось: Сенусерт был, как и все люди, смертен. Он умер в 1839 году до нашей эры и был похоронен в пирамиде, возведенной на высокой скале над столицей. У южной стены пирамиды были закопаны десятиметровые ладьи, на которых Сенусерту и его свите предстояло отплыть в царство мертвых...

Современный алхимик
Американский ученый доктор Уилард Фрэнк Либби — наш современник, специалист по ядерной физике. Это человек науки, трезвый и наблюдательный, погруженный в сухие расчеты и далекий от всякой магии, хотя занимается он тем, что в средние века не без оснований отнесли бы к алхимии, — превращением одного химического элемента в другой. Правда, в отличие от прежних алхимиков Либби не пытался найти «философский камень», способный превращать любой металл в золото. Он превращал азот в углерод. В одной из лабораторий Чикагского университета день за днем, год за годом Либби ставил опыты, в которых атомы азота, подвергнутые бомбардировке нейтронами, превращались в атомы углерода, но не обычного углерода, а его радиоактивного изотопа — не с 12 электронами на орбитах вокруг ядра, а с 14 (то есть не С12, а С'4). Радиоактивный изотоп углерода, как и всякий радиоактивный элемент, возникнув, тотчас начинает распадаться, причем с постоянной скоростью, испуская электроны и образуя вновь азот. Измерениями и расчетами Либби старался уточнить скорость этого распада. Получалось, что каждая порция радиоактивного углерода должна уменьшиться наполовину за 5568 лет (это время называется «периодом полураспада»), оставшаяся часть — снова наполовину за такое же время, и т. д.
Конечно, проводя исследования, всякий ученый ждет и надеется, что они приведут его к интересному и важному открытию — на то он и ученый. Но вряд ли, приступая к своим опытам, Либби мог предполагать, что именно знакомство с фараоном Сенусертом завершит открытие, которое принесет ему, Либби, мировую славу и -будет увенчано одной из самых высоких международных наград — Нобелевской премией!

Ладья фараона
Погребальной ладье, предназначенной для переправы фараона Сенусерта III в царство мертвых, суждено было переплыть не воображаемый океан, отделяющий мир живых от мира мертвых, а действительный океан — Атлантический, отделяющий Америку от Европы и Африки. Когда в 1894 году французский археолог Жак де Морган раскопал руины пирамиды Сенусерта III, он нашел великолепные золотые сокровища, взятые Сенусертом в могилу (вот куда пошло ну- бийское золото!), и деревянные ладьи—три, сохранившиеся почти целиком, и обломки пяти других. Из трех целых две остались в Каирском музее, а третью приобрел Музей истории естественных наук в Чикаго. Она по сей день находится в одном из залов этого музея. Здесь-то ее и увидел физик Либби...

Блестящая идея
Как приходит в голову талантливому ученому блестящая идея, — трудно сказать, но, когда она уже пришла и обнародована, остается лишь удивляться, почему она не приходила в голову раньше всем, кто занимался в этой области науки. Бомбардируя атомы азота нейтронами, Либби, в сущности, воспроизводил в своей лаборатории то, что происходит повседневно в природе: в верхних слоях атмосферы азот воздуха подвергается непрерывному воздействию космического излучения. А что такое космическое излучение? Это поток нейтронов, с бешеной скоростью несущихся от солнца. Вот вам и бомбардировка атомов азота нейтронами — совсем как в лаборатории Либби...
Но это значит, что в верхних слоях атмосферы должны происходить те же реакции, что и в лаборатории доктора Либби, — должен образовываться радиоактивный изотоп углерода С14. Обнаружить его было очень трудно. Куда же он девается? Оказалось, разносится ветрами по атмосфере и примешивается к обычному углероду атмосферы, но в ничтожных количествах: 1 атом радиоактивного изотопа на 10 миллиардов атомов обычного углерода. Попробуй обнаружить!
Но современные приборы позволяют обнаружить и измерить такие и даже еще более микроскопические дозы радиоактивных веществ. И Либби обнаруживал и измерял. В воздухе есть? Есть. В воде есть? Есть. Но если есть в воздухе, значит должен быть и в растениях: ведь в состав их клетчатки входит углекислота, полученная из воздуха, а в углекислоте должен быть и наш изотоп углерода. Есть? Есть. А если есть в растениях, значит, должен быть и в телах животных: ведь клеточки их тела образуются из переработанной пищи — животной и растительной. И это тоже подтвердилось!
Пока растение и животное  живы, дышат и питаются, в их организмы все время поступает свежий радиоактивный изотоп углерода, пополняя ту убыль, которая образуется от радиоактивного распада. И только когда дерево будет срублено, птица подстрелена, человек умрет — поступление свежего радиоактивного углерода в организм прекратится, а тот, который накопился, будет постепенно распадаться и исчезать: через 5568 лет его останется половина от нормального (для живого организма) количества, через 11136 лет (5568X2) — четверть, через 16704  (5568X3) — одна восьмая и так далее.
И вот тут-то ученого осенило! Ведь если реальна такая арифметическая задача, то мы вправе ставить и решать также противоположную задачу — зная, какое количество радиоактивного углерода сохранилось в угольке или обломке кости, высчитать, как давно сгорело это дерево или погибло животное. Определить исторический возраст! В таком случае человечество получает сильнейший инструмент для проникновения в минувшие эпохи.
Насколько это может уточнить работу геологов, занимающихся историей верхних слоев земной коры, археологов, изучающих древнейшие эпохи человечества, палеонтологов, исследующих развитие животного и растительного мира!
Но как проверить, оправдывается ли эта смелая гипотеза? Вот когда понадобился фараон Сенусерт III.

Эстафета через тысячелетия
Этот фараон, и вообще-то заметная фигура в египетской истории, оказался особенно примечателен для историков Египта благодаря одному чисто случайному обстоятельству. Оно выдвинуло Сенусерта III на первое место среди всех фараонов, пусть даже еще более значительных в свое время по могуществу и славе. Фараоны нередко заставляли высекать свои постановления на камне. Многие тысячи таких надписей попали в руки археологов. Но только одна из них (она найдена в Кахуне и получила потому название «Кахунский декрет»), сама по себе сравнительно маловажная, содержит очень ценное для историков упоминание о разливе Нила 16-го числа 8-го месяца в 7-й год царствования Сенусерта III.
Именно это упоминание стало главным стержнем, на котором держится египетская хронология. Именно благодаря этому упоминанию мы знаем, сколько времени отделяет нас от того или иного египетского фараона. Дело в том, что хорошо передана в древнеегипетских хрониках только последовательность династий и фараонов, а вот продолжительность каждого царствования древнеегипетские историки исчисляют по-разному, запутывая современных ученых.
Помогла одна ошибка древних египтян. Они, создав четкий календарь для организации сельскохозяйственных работ, поначалу неверно определили продолжительность года: в их календаре 365 суток, а на деле в году 365‘/4 суток — египтяне не имели високосных лет.
За четыре года накапливались сутки расхождения, за 8 лет — двое суток, за 12 лет — трое и т. д. Календарный Новый год, приуроченный к летнему разливу Нила, все больше убегал вперед, переходя на другие сезоны года, пока, наконец, через 1460 лет (365X4) не возвращался, обежав весь круг, к прежнему сезону и дню.
Но по календарю египтяне должны были определять, когда ожидать разлива Нила, когда сеять, когда жать. Все это сбивалось и путалось. Пришлось обратиться непосредственно к астрономическим наблюдениям: определять время года по звездам. Египтяне заметили, что первое появление звезды Сириус из-за горизонта после долгого отсутствия (часть года она в Египте не видна) совпадает с разливом Нила. Получилось два Новых года: один реальный и постоянный— всегда в одно время года (разлив Нила, восход Сириуса), другой календарный, передвижной (то летом, то весной и так далее).
Но бывало, что оба Новых года совпадали. Как часто повторялся этот день? Конечно, раз в 1460 лет| Вот какой это был редкий и большой праздник! Какое государство, какой народ может похвастаться тем, что дважды в своей истории сумел отпраздновать столь редкий праздник? Ведь такая устойчивость традиций означала бы в наши дни исполнить предписание, выдвинутое до образования империи Карла * Великого и Киевской Руси, в годы Хлодвига и Юстиниана. Эстафета через полторы тысячи лет... А древние египтяне отмечали этот праздник несколько раз!
Один такой праздник египтяне справляли в римское время, и римляне аккуратно отметили эту дату — по-нашему это будет 19 июля 139 года нашей эры. За 1460 лет до того Сенусерт был уже давней историей: уже готовился вступить на престол знаменитый Рамсес II. Следовательно, предшествующий праздник приходится на 2781-й год до нашей эры. Но этого праздника Сенусерт не застал: при Сенусерте Новый год уже не совпадал с разливом Нила и восходом Сириуса, убежав вперед на 7 месяцев и 15 дней, то есть на 225 дней. Расхождение в 225 дней должно было накопиться за 900 лет, да еще 10 лет накопилось оттого, что у египтян вначале год был еще на 5 дней короче (12 месяцев по 30 дней), значит 7-й год царствования Сенусерта III — это 1871-й год до нашей эры, а первый год — 1878-й. Поскольку его предшественники из XII династии — все эти Аменемхеты и Сенусерты с различными порядковыми номерами — царствовали в общей сложности 113 лет, начало династии падает скорее всего на 1919-й год до нашей эры. Таким образом, именно даты царствования Сенусерта III—первые наиболее прочно привязанные к нашему времени даты египетской истории.
Значит, измерение радиоактивности древесины из его ладьи—лучшая проверка для гипотезы Либби.

Победа!
Почти пять тысяч лет тому назад ладьи фараона Сенусерта ушли в песок у стен пирамиды — немногим меньше периода полураспада. Значит, радиоактивность ладьи должна составлять несколько более половины радиоактивности живого дерева.
С замирающим сердцем вслушиваюсь ученые в стук счетчиков радиоактивного распада. При измерении только что срубленного дерева счетчик зафиксировал 12 распадов в минуту на грамм углерода. Теперь самое волнующее. В камере — уголь от ладьи Сенусерта. Счетчик стучит почти вдвое реже — в среднем получается 7 распадов. Победа!
Прибывают балки из пирамид более древних фараонов — Джосера и Снофру. Оба жили почти за тысячу лет до Сенусерта III, и радиоактивность этих балок заметно меньше.
Эти первые измерения, сделанные почти 20 лет тому назад, сейчас кажутся уже грубыми, неточными, расчеты — наивными. Приемы измерений теперь доведены до высокой степени совершенства. В мире работает более 50 лабораторий радиоуглеродной хронологии, так был назван метод доктора Либби, в СССР таких лабораторий 6. Уже накоплены результаты примерно 50 тысяч измерений, к ним прибавляется по 2 тысячи в год.
Теперь радиоуглеродное определение возраста той или иной находки—уже не исключительное событие. Со всех концов страны шлют археологи и палеонтологи свои образцы из раскопок в лаборатории Москвы, Ленинграда, Тарту и Тбилиси.
Вот в Ленинградскую лабораторию прибывают два образца с Урала от археолога К. В. Сальникова: древесина от плах погреба бронзового века (раскопки близ села Боборыкино) и из настила над могилой в '«Царевом кургане». Вскоре из лаборатории отправляется ответ: первый образец имеет возраст примерно 3420 лет, то есть относится к XV веку до нашей эры, второй насчитывает «от роду» примерно 1620 лет, то есть относится уже к 1-й тысяче нашей эры.
В Америке это дело ставится на широкую коммерческую основу: некоторые лаборатории за доллары датируют кому угодно что угодно, за каждый образец извольте уплатить от 100 до 200 долларов. Между прочим, недешево...
Дело дошло до того, что группа американских школьников — любителей физики — смастерила самодельную установку радиоуглеродного определения возраста.

Гром с ясного неба
На фоне этих успехов особенно поражают неожиданные признания видных специалистов по радиоуглеродному методу. Речь идет о странной возможности: в ближайшее время основы метода могут рухнуть, а построенная этим методом хронология — опровергнута.
Источником этого смятения явилась сравнительно молодая и еще не очень опытная наука — археология, которую долго третировали ее старшие сестры в семье наук и как только ее ни называли: «наука лопаты», «наука о битых горшках», «наука безграмотных», «изучение недостоверного легковерными» и даже «то, чего никто не знает о людях, которые никогда не существовали»...
Но они существовали. От них остались руины крепостей и могилы, горшки и кости, бусы и стрелы, монеты и топоры. Все это вещи достоверные, которые можно осмотреть и пощупать, попробовать на вес, и, если угодно, даже на зуб. Добывая и анализируя эти вещи, археологи изучают историю.

Легковерны ли археологи?
Археологи очень обрадовались успехам физиков. Сами они, конечно, тоже строили хронологию, своими средствами. Разумеется, более грубую и с огромным трудом. Для них тоже в значительной. «ере опорой служила хронология египетских фараонов, а в основе хронологии лежало изучение древней торговли.
Скажем, раскопана гробница на Крите — к какому она времени относится? Ищи, не найдется ли в ней какой-нибудь привозной египетской вещички и посмотри, ко времени какого фараона такие вещи относятся в Египте. Может быть, даже на самой вещи окажется имя фараона. Не нашлось такой импортной вещи в могиле? Что ж, раскопай вторую такую же, может быть, десятую, двадцатую... Ну, а если надо определить возраст гробницы, раскопанной на материке, в Греции? Прямой торговли у греков с Египтом долго не было. Но зато была торговля с Критом — ищи в Греции критские вещи, а уж те получат дату по критским могилам, в которых такие вещи встречаются вместе с египетскими. А если тебя интересуют племена Дуная — разыщи следы их торговли с древними греками. И так далее — археологи вяжут сложную хронологическую сеть вплоть до Скандинавии и Урала.
Но вот физики пришли на помощь и.… объявили, что согласно показаниям их приборов, все европейские памятники медного века на тысячу лет старше, чем их определяли археологи. А многие находки Средней Азии — наоборот, на тысячу и полторы тысячи лет моложе, чем считалось.
Позвольте, а как же торговля? Выходит, что какие-то племена торговали с далекими предками или, наоборот, потомками своих соседей, перескакивая через тысячелетия? Но ведь ни с покойниками, ни с людьми будущего торговать невозможно. Торгуют только живые с живыми!
С возражениями физикам выступил археолог Владимир Милойчич, за ним другие...
Конечно, мы не можем ручаться за большую точность в определении длительности торговых связей. Сколько времени шло изделие от ремесленника до продавца и дальше — до покупателя, сколько времени служило ему и его детям или внукам, пока не попало в могилу, — все это мы прикидываем на глазок. Пожалуйста, уточните наши грубые расчеты, исправьте наши цифры на несколько десятков лег, ну на век-полтора. Но на тысячи лет — уж это извините!
Некоторые исследователи ищут возможности грубых ошибок в хронологии, построенной археологами. Я тоже проверял эту постройку, и мне она представляется в основном прочной.
Но давайте обратимся к теоретическим основам радиоуглеродного метода — здесь явно не все в порядке!

Гипотеза — еще не факт!
Я преклоняюсь перед талантом доктора Либби, восхищаюсь красотой, изяществом его гипотезы, но гипотеза — это еще не факт!
Несколько лет тому назад радиохимик Зюсс высчитал, что деревья, срубленные сто лет назад, более радиоактивны, чем современные. Но ведь они должны быть менее радиоактивны — в них уже сто лет происходит невосполняемый распад! Откуда же более высокая радиоактивность?
Зюсс нашел причину: оказывается, за сто лет паровозы и пароходы, заводы и фабрики выбросили с дымом в воздух массы топлива со старым углеродом, практически уже давно лишившимся радиоактивности. Этот старый углерод теперь составляет 13 процентов всего углерода атмосферы — концентрация радиоактивного углерода в атмосфере за сто лет заметно разбавилась. А ведь это не было учтено — считалось, что прежде концентрация была такой же, как сейчас! Пришлось физикам вносить поправку на 240 лет во все определения.
Но где гарантия, что дело ограничится этой поправкой?
Скорость образования радиоактивного углерода в атмосфере зависит от густоты космических лучей, а космическое излучение, как и все солнечное излучение в целом, не остается постоянным — это видно хотя бы по резким изменениям климата. Археологи и палеонтологи хорошо знают, что за несколько тысяч лет до нашей эры в Европе водились более теплолюбивые животные, а лиственные леса уходили далеко на север. Значит, солнечное излучение было тогда более сильным. И концентрация радиоактивного углерода в атмосфере — тоже. Были и обратные колебания температуры — об этом свидетельствуют следы оледенения.
Ладья, в которой Сенусерт собирался отбыть в царство мертвых.
Физики к подобным рассуждениям относятся скептически: это тоже теоретические соображения, еще одна гипотеза. Гипотеза против гипотезы? Верно. Но эта, вторая, гипотеза, отрицающая первую, вдруг нашла сильное и неожиданное подтверждение.

Потерянное тысячелетие
Еще в первые годы появления радиоуглеродного метода американец Робертс из любопытства подсчитал все накопившиеся даты, распределив их по тысячелетиям: поскольку приходится на каждое. И удивился: находок, которые бы датировались IV тысячелетием до нашей эры, не оказалось. Есть более ранние, много более поздних, а этих нет. Почему? Робертс предположил, что на это время Америка опустела: все население куда-то ушло, а потом вернулось. С какой стати — непонятно. Недавно другой американец, Елинек, повторил затею Робертса, но уже собрав даты со всего мира. И снова тот же результат: пустота в IV тысячелетии до нашей эры. Что же, на это время исчезло население всей земли? Улетало на Марс, а потом вернулось? Чепуха, конечно!
Но если люди в это время жили на земле, как раньше и позже, то среди многих тысяч находок должны, обязательно должны быть и находки этого времени. Должны встречаться даты IV тысячелетия до нашей эры — куда же они девались?
А они сместились, ушли в другое тысячелетие — вот единственно возможное объяснение этой загадки. Сместились из-за ошибки в наших расчетах, из-за того, что мы отсчитываем распад от уровня, равного современному, а он был в IV тысячелетии до нашей эры другим, более высоким, чем современный и предшествующий. Почему? Да потому, что солнце тогда светило ярче!
Магнитное поле земного шара отклоняет космические лучи. Но сейчас известно, что две тысячи лет тому назад магнитное поле земли было на 65 процентов сильнее современного и, значит, резче отклоняло лучи, уменьшая образование радиоактивного углерода. Вот вам еще одно смещение!

В спор вступает география
Но это — смещения, сдвигающие даты в одну и ту же сторону сразу на всей земле. А ведь физики исправляют даты разных областей по-разному: даты Европы сдвигают в одну сторону (удревняют), даты Средней Азии — в другую (омолаживают). С чего бы это?
Оказывается, и географическое распределение радиоактивного углерода по земному шару не такое уж равномерное. Я уже отмечал, что магнитное поле земли отклоняет космические лучи. В результате часть тех лучей, которые должны были бы попасть на экватор, отклоняется к полюсам, а это приводит к тому, что у полюсов радиоактивного углерода образуется в 4 раза больше, чем на экваторе.
В атмосферу постоянно поступает не только радиоактивный углерод, но и обычный, причем не только из труб фабрик и заводов. Дело в том, что 9/10 всего углерода околоземного пространства растворено не в атмосфере, а в океане. Но ветры разносят его из океана в разные уголки земного шара по-разному. В атлантические зоны Европы поступает много старого углерода — и европейские находки становятся у физиков древнее, чем на самом деле. Пустынь Средней Азии океанские ветры не достигают, и содержание радиоактивного углерода в находках оказывается выше средней нормы — находки как бы омолаживаются.
История, астрономия, физика, радиохимия, археология, палеонтология, география — вот сколько наук вдруг оказалось завязано в одной проблеме!

„То, чего никто не знает"...
Я назвал лишь несколько искажающих эффектов. На самом деле их десятки. Но ведь все расчеты физиков построены на допущении, что концентрация радиоактивного углерода в атмосфере была всегда и везде такой же, как сейчас. Если же она не везде одинакова, то надо вносить поправки по районам. Если же она была иной, то радиоактивный распад начинался с другого уровня и все отсчеты надо вести от других цифр. И пусть бы так — это бы еще полбеды, если бы этот прежний уровень был нам известен. А он пока неизвестен. Мы не знаем, на сколько первоначальные цифры смещены всеми искажающими факторами. И, видимо, не скоро узнаем, так как эти расчеты очень сложны и многое нам пока неведомо.
Так кто же прав — физики или археологи? Спор продолжается. Недаром говорят, что истина рождается в споре...
Есть люди, которых в народе уважительно называют мастерами на все руки.
А руки этих людей зовут золотыми. За что ни возьмется такой человек, все у него получается ладно и складно.
Золотые руки были и у Ивана Никаноровича Ситникова, рабочего ложевой мастерской Ижевского завода.
...Было это давно, вскоре после отмены крепостного права. Подростком, как и другие дети мастеровых, пришел Ваня на завод. Вместе с ними проходил суровую школу обучения мастерству. Впрочем, об этой «школе» один объективный автор того времени писал: «...весьма немногие из малолетних рабочих научатся теперь чему-нибудь на фабрике в смысле техники оружейного дела, но в то же время остаются непременно безграмотными».

читать
Комментарии:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Рейтинг@Mail.ru