1. ФЛЮОРОГРАФІЯ ПІРАМІД Фізика ядра і елементарних частинок досягла великих успіхів не тільки в пізнанні...
2. ФЛЮОРОГРАФІЯ ПІРАМІД

ФЛЮОРОГРАФІЯ ПІРАМІД Фізика ядра і елементарних частинок досягла великих успіхів не тільки в пізнанні мікросвіту, а й у розвитку методів дослідження.Вони застосовуються практично у всіх галузях нашої діяльності - від техніки і суміжних наук до медицини і мистецтва, - використовують її досягнення.Атомна енергетика - пряме породження фізики ядра;астрофізика, геофізика, геологія - під її постійним впливом.У наш побут міцно увійшли ядерний магнітний резонанс, мічені атоми, ізотопні джерела струму, пучки прискорених частинок, радіовуглецевий аналіз і багато, багато іншого.Ще один ядерно-фізичний метод досліджень може розкрити вікову таємницю пірамід.

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Піраміди Хефрена (а) і Хеопса (б), схема ходів і похоронних камер в них.

Піраміда Сонця (Мексика)

<

>

Солдати! Сорок століть дивляться на вас з висоти цих пірамід.
Наполеон

Загадка єгипетських пірамід

Піраміди - найдивніше диво з семи чудес старовини, єдине, що дійшло до наших днів. Про піраміди знали в Вавилоні, Греції, Римі. Здавалося, вони існували завжди, з самого створення світу. Освічена Європа «відкрила» їх тільки на початку XIX століття, після єгипетської експедиції Наполеона, який взяв в похід велику групу вчених, в тому числі істориків і археологів. Цінні колекції, малюнки пам'ятників і копії написів, докладні описи знахідок, які вийшли незабаром, стали справжнім відкриттям найдавнішої цивілізації. «З Наполеона» почалася справжня єгиптологія - вивчення життя і культури великого народу, що створив шедеври, дивують навіть в наш час.

Піраміди в чому залишаються загадкою. Після розшифровки Ж. Шампольоном єгипетського ієрогліфічного листи, в чому дуже допоміг двомовний Розеттський камінь (трофей тієї ж військової експедиції), історія Єгипту стала на твердий грунт. Були прочитані тисячі папірусів, написи в храмах і гробницях. Стало відомо, коли і ким побудовані піраміди. Більшість з 67 пірамід, розташованих в нижній течії Нілу (від 30-метрових «крихт» до 150-метрових гігантів), були створені в період Стародавнього царства (2900-2270 рр. До н.е.). За останні два століття їх обстежили уздовж і поперек, виявляючи все нові подробиці пристрою. І все ж, як вважають багато вчених, відкриті далеко не всі.

Грецький історик Геродот, який відвідав район пірамід через півтори тисячі років після їх зведення, дав докладний їх опис (хоча не всі історики з ним згодні). Практично все населення Єгипту - сотні тисяч рабів, фелахів і будівельних робітників - брало участь в будівництві, що тривала часом десятки років. Зведення пірамід було головним, престижною справою всієї країни, участь в якому обіцяв кожному благу заступництво фараона, земного втілення бога Сонця. Ніколи і ніде ідеологічний диктат сягав такого жахливого розмаху, який був протягом тисячоліть в Стародавньому Єгипті (комуністичні будівництва недавніх днів не йдуть ні в яке порівняння).

Обмежені за нашими мірками, технічні прийоми та механізми єгипетських інженерів були найпередовішими для свого часу. Вони використовували блоки, важелі, клини, катки, похилі площини, а головне - вміння (мабуть, вже втрачене) об'єднувати масові зусилля великих робочих груп. Звичайно, життя кожного працівника не коштувала нічого, а загинути на такому «святій справі» означало опинитися поруч з божеством в обіцяної загробного життя. Страшна неефективність праці компенсувалася мурашиним завзятістю будівельників і величезним запасом часу. Стандартні кам'яні блоки вагою більше восьми тонн вони вирізали в каменоломнях і обробляли з дивовижною точністю, сплавляли в весняний розлив Нілу до місця і доставляли до споруджуваної піраміди, перекочуючи по круглим колодах. Блоки підганяли і встановлювали з точністю до міліметра. Облицювальні плити з білого вапняку, що покривали грані піраміди, закріплювали так, що між ними не проходило і лезо ножа. Відбитий гранями сонячне світло робив піраміду як би світиться зсередини - прийом, безсумнівно, надавав величезний вплив на простих людей (пізніше ці плити збили для власних будівель араби, що захопили країну, і тепер піраміди стоять, позбавлені первісного блиску). Орієнтація пірамід дотримувалися дуже точно: з якоїсь причини - це теж загадка - піраміди розташовуються не хаотично, а орієнтовані двома ребрами на Полярну зірку. Як досягалася така точність при будівництві, невідомо.

Головна загадка пірамід - що в них приховано? Без сумніву, вони - місце спочинку фараонів, про що говорять розшифровані написи. У центрі кожної піраміди знаходиться похоронна камера, порівняно невелика за розмірами, де повинен був розташовуватися саркофаг з мумією фараона. Але жодної мумії в пірамідах не знайшли, саркофаги виявилися порожніми, пограбованими або «помилковими» - необробленими, поставленими, здавалося, для «про людське око». Стіни похоронних камер не розписані і не прикрашені, що зовсім не схоже на справжні поховання фараонів в підземних склепах Долини царів. Там в горах далеко на півдні збереглися, хоча теж розграбовані, справжні гробниці правителів Єгипту. У них американський археолог Говард Картер у 20-х роках минулого століття відкрив незайману гробницю Тутанхамона (маловідомого фараона, рано померлого) з приголомшливим багатством золотих, срібних, дорогоцінних предметів царської начиння. Яка ж розкіш повинна була оточувати інших, більш шанованих правителів в їх останній притулок! Однак нічого, подібного знахідку Картера, в пірамідах знайдено не було. Можливо, тому, що вони аж надто явно видавали себе, а підземні поховання були таємними, прихованими від очей.

Що повинна була містити гігантська піраміда, над створенням якої народ країни бився протягом багатьох років? Невже вона - суцільний кам'яний масив, як вважається досі? Виявлені в пірамідах проходи виявилися вузькими і нечисленними. У піраміді Хеопса загальною площею 53 тисячі квадратних метрів (на якій вільно розмістяться п'ять найбільших соборів світу) є вузький хід довжиною 47 метрів, в якому треба пробиратися зігнувшись, і дві похоронні камери, одна розміром 10 x 5 метрів, інша і того менше ( типова московська квартира, загублена в непробивною товщі граніту). І все. Багато археологи впевнені, що у величезній масі піраміди повинні бути приховані ходи і секретні приміщення, в яких могли зберегтися мумії, багатства, нерозкриті свідоцтва її таємниці. Але як їх виявити? Всі спроби шляхом простукування, свердління, обмірів нічого не дали. Крім невеликих порожнин, мабуть викликаних зсувом блоків (які перенесли безліч землетрусів), нічого не виявлено.

Людське тіло можна «просвітити» рентгеном і побачити, що всередині. Можна навіть, застосувавши сучасний томограф, отримати «зрізи» внутрішніх органів на будь-якій глибині і в будь-якій площині. Рентгенівські промені і прийшла їм на зміну флюорографія дозволяють побачити вміст багажу пасажирів в аеропортах, заглянути в прилади й установки на виробництві, «промацати» міцність з'єднань і зварних швів.

Але як «просвітити» гігантську піраміду? Ні необхідних по потужності рентгенівських джерел (щоб пучок проходив всю товщину кам'яних блоків), ні високочутливих плівок (щоб отримати зображення) не існує.

І все-таки такий спосіб знайдений.

мюонів флюорографія

У 60-х роках минулого століття нобелівський лауреат фізик Луїс Альварес запропонував використовувати для «просвічування» пірамід космічні промені - потік часток високої енергії, що приходять з космосу. Потрапляючи в атмосферу, первинні космічні частинки (протони, ядра) взаємодіють з атомами газів, повністю поглинаючись, і породжують замість себе вторинні частки, у тому числі найбільш «проникаючими», що доходять до земної поверхні, є мюони.

Мюон - нестабільна частинка (середній час життя в стані спокою σ = 2,2 мкс) з масою в 200 разів більшою маси електрона. За всіма іншими властивостями він нічим не відрізняється від електрона, тому його часто називають «важким електроном». Наука досі не знайшла відповіді на питання: навіщо знадобилися природі «важкі електрони»? Може бути, вони потрібні тільки для того, щоб «просвічувати» піраміди?

Ось для цього вони дійсно незамінні. По-перше, їх потік досить інтенсивний: 70% частинок вторинного космічного випромінювання, що досягає земної поверхні, становлять мюони. По-друге, вони мають високу енергією, набагато перевищує енергію пучків рентгенівських флюорографічних установок. Нарешті, вони, як було сказано, мають велику проникаючу здатність, тобто втрачають мало енергії, проходячи через товщі каменів і грунту. Мюони - ідеальний інструмент для «промацування» кам'яних блоків, що утворюють тіло піраміди. Проходячи через порожнечі (секретні кімнати, ходи сполучення), потік мюонів поглинається менше, його інтенсивність в цьому напрямку буде вище. Перетинаючи більш щільні матеріали (важкі саркофаги, сховища, набиті важкими металами), їх потік помітно слабшає, що має виявитися по зменшенню його інтенсивності. Звичайно, виникнуть труднощі в кількісній оцінці варіацій потоку. Щоб вони стали зрозумілими і будь-яка зміна потоку можна було перевести в розміри «пустот» і «перешкод», потрібно знати кутовий розподіл мюонів на вході в піраміду і відносні зміни потоку при зустрічі з «особливостями». Для цього провели модельні комп'ютерні розрахунки, а вже потім приступили до самого експерименту мюонного «просвічування».

піраміда Хефрена

Найбільш зручним об'єктом виявилася піраміда Хефрена, розташована поруч з пірамідою Хеопса, - настільки ж гігантська споруда, що поступаються трохи по висоті і периметру. Вибір пов'язаний з більш низьким розташуванням «кімнати фараона» і можливістю розміщення в ній приймальної апаратури. Крім того, відкритих ходів в ній виявилося менше, ніж «у Хеопса», і це наштовхувало на думку, що не всі вони знайдені.

Вимірювання тривали кілька років. Як реєструючого приладу спочатку використовували велику бульбашкову камеру, дуже популярний в той час трековий детектор. Альварес багато працював з ним в експериментах на прискорювачах, що було відзначено Нобелівською премією. Але для «роботи з пірамідою» це не кращий прилад: бульбашкова камера не могла бути керована зовнішнім сигналом від лічильників, які свідчать про проходження мюона. Як кажуть фахівці, у неї немає пам'яті до попередніх подій. Доводилося робити «сліпі» запуски і ловити треки мюонів, що випадково потрапили в чутливе час камери. Ефективність такого режиму низька, зареєстровані сліди нечіткі, вимір потоку мюонів неякісне. Тому бульбашкову камеру замінили іскровим детектором, тільки що увійшов в фізичний ужиток і, на жаль, не в кращому своєму варіанті. Використовувалася іскрова камера з оцифрованих зніманням інформації, що володіє пам'яттю до минулих часткам (величезний плюс в порівнянні з бульбашкового), але з низькою ефективністю реєстрації множинних подій, що призводило до появи помилкових треків і помітного фону сторонніх подій в вимірюваному потоці. Було зареєстровано понад мільйон треків частинок, що пройшли через піраміду, але навіть при такому великому числі подій досліджували тільки 19% її обсягу.

Помітних «особливостей», які вказали б на секретні камери і приховані скарби, знайдено не було. В цілому проведене «просвічування» виявилося не на високому рівні, але нічого кращого в той час зробити було не можна.

піраміда Сонця

Експериментальна фізика пішла далеко вперед. Бульбашкова і іскрова камери (разом з камерою Вільсона, лічильником Гейгера і іншими славними приладами) зайняли місце в музеї. На зміну прийшли многонітяние пропорційні камери, стриповий детектори, інші витончені прилади, ефективність, надійність і робочі характеристики яких набагато краще, ніж у музейних експонатів.

А питання до пірамід залишилися, тільки тепер до пірамід ацтеків в Мексиці, які теж мають великі недосліджені обсяги, можливо містять потаємні камери. Вибір припав на найбільшу в Центральній Америці піраміду Сонця в загубленому місті Теотіуакан ( «Місто богів»), в 50 км від Мехіко. Вік піраміди - близько двох тисяч років. Вона нижче єгипетських гігантів (висота 65 м), настільки ж велика по периметру (сторона 225 м), має ступінчасту форму, більш поширену в Новому Світі. Під нею на глибині 8 м проходить тунель, в якому є похоронна кімната, але не знайдено жодного поховання. Тунель істотно спрощує «просвічування»: в ньому на різних відстанях можна розміщувати детектор - монітор мюонів, що перетинають піраміду.

Роботу очолюють фізик А. Менчака (університет Мехіко) і археолог Л. Манзанілло (інститут антропології того ж університету). Вони консультувалися перш за Л. Альваресом, цілком підтримали ідею експерименту. Є ряд переваг нового «просвічування» піраміди. Використовуваний детектор найсучаснішого типу: 1 кубометр дротяних пропорційних камер - основний детектор готується експерименту ALICE на Великому адронному колайдері (прискорювачі заряджених частинок, в якому стикаються два зустрічних пучка, дозволяючи досягти дуже високих енергій) в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН, Швейцарія, Женева ), який вступить в дію в 2006 році. Поки коллайдер не запрацює, детектор можна використовувати «на стороні», в допомогу археологам. Пропорційні камери мають прекрасну «пам'яттю» по відношенню до минулих часткам, можуть запускатися зовнішніми лічильниками і до того ж зі стовідсотковою надійністю реєструють множинні події. Новий детектор - ідеальний лічильник мюонів, що перетинають піраміду під будь-якими кутами. Всій його роботою керують комп'ютери. Техніка збору і обробки інформації настільки досконала, що отримані дані про «мюони дощі» відразу ж передаються в лабораторію університету, накопичуються і аналізуються. Ефективність і точність мюонною флюорографії зараз набагато вище, ніж сорок років тому. Уряд Мексики виділив півмільйона доларів на проведення експерименту. Вимірювання почалися цієї весни і продовжаться принаймні до кінця року. За оцінками, за час роботи буде отримано 100 мільйонів слідів часток, які пройшли через піраміду.

Завдання «просвічування» зараз більш певна: потрібно з'ясувати, скільки поховань заховано в піраміді Сонця - одне чи кілька? Відповідь дасть точне уявлення про стиль правління в «Місті богів» з населенням в момент розквіту 125 тисяч чоловік. Був один правитель або, як зустрічається в інших місцях, містом керував рада з декількох соправителей? Звичайно, не виключена можливість виявити в тілі піраміди і якісь «особливості». Але можуть виникнути і проблеми - в першу чергу через більш складної (ступінчастою) форми піраміди і меншої щільності матеріалу. Однак комп'ютерне моделювання за останні роки стало настільки досконалим, а відомості про потік мюонів настільки зросли, що ці побоювання, мабуть, зайві.

«Просвічування» піраміди в Мексиці обіцяє більший успіх і навіть, можливо, спричинить за собою новий етап досліджень пірамід Єгипту.

Піраміди не єдиний можливий об'єкт дослідження. Просто вони - найпотужніші пам'ятники історії, тому і стали першим «пробним каменем» мюонною флюорографії. Найближчі роки покажуть, наскільки успішно буде нове «просвічування». Таємниці зберігають і багато інших історичних і природні об'єкти, всередину яких дуже хотілося б зазирнути. Чому б не «просвітити» палаци і храми в різних країнах, скіфські кургани, римські катакомби? Чи не простіше буде шукати загублену бібліотеку Івана Грозного в Московському Кремлі за допомогою тих же мюонів? А що скажуть спелеологи на пропозицію спробувати портативний мюонний детектор для осмисленого просування в прихованих лабіринтах печер? Мюонів флюорографія може стати для археології таким же необхідним засобом, як радар для сучасної авіації. А поки співробітник Лос-Аламоської національної лабораторії (США) К. Бородін запропонував використовувати космічне випромінювання для «просвічування» підозрілих вантажів на митниці (див. Наука і життя »№ 5,2004г. ).

На що проводиться зараз в Мексиці експеримент покладають великі надії. Він покликаний не тільки виявити невідомі гробниці в піраміді Сонця, а й дати дорогу широкому застосуванню мюонною флюорографії в пошукових роботах.

ФЛЮОРОГРАФІЯ ПІРАМІД

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Піраміди Хефрена (а) і Хеопса (б), схема ходів і похоронних камер в них.

Піраміда Сонця (Мексика)

<

>

Солдати! Сорок століть дивляться на вас з висоти цих пірамід.
Наполеон

Загадка єгипетських пірамід

Піраміди - найдивніше диво з семи чудес старовини, єдине, що дійшло до наших днів. Про піраміди знали в Вавилоні, Греції, Римі. Здавалося, вони існували завжди, з самого створення світу. Освічена Європа «відкрила» їх тільки на початку XIX століття, після єгипетської експедиції Наполеона, який взяв в похід велику групу вчених, в тому числі істориків і археологів. Цінні колекції, малюнки пам'ятників і копії написів, докладні описи знахідок, які вийшли незабаром, стали справжнім відкриттям найдавнішої цивілізації. «З Наполеона» почалася справжня єгиптологія - вивчення життя і культури великого народу, що створив шедеври, дивують навіть в наш час.

Піраміди в чому залишаються загадкою. Після розшифровки Ж. Шампольоном єгипетського ієрогліфічного листи, в чому дуже допоміг двомовний Розеттський камінь (трофей тієї ж військової експедиції), історія Єгипту стала на твердий грунт. Були прочитані тисячі папірусів, написи в храмах і гробницях. Стало відомо, коли і ким побудовані піраміди. Більшість з 67 пірамід, розташованих в нижній течії Нілу (від 30-метрових «крихт» до 150-метрових гігантів), були створені в період Стародавнього царства (2900-2270 рр. До н.е.). За останні два століття їх обстежили уздовж і поперек, виявляючи все нові подробиці пристрою. І все ж, як вважають багато вчених, відкриті далеко не всі.

Грецький історик Геродот, який відвідав район пірамід через півтори тисячі років після їх зведення, дав докладний їх опис (хоча не всі історики з ним згодні). Практично все населення Єгипту - сотні тисяч рабів, фелахів і будівельних робітників - брало участь в будівництві, що тривала часом десятки років. Зведення пірамід було головним, престижною справою всієї країни, участь в якому обіцяв кожному благу заступництво фараона, земного втілення бога Сонця. Ніколи і ніде ідеологічний диктат сягав такого жахливого розмаху, який був протягом тисячоліть в Стародавньому Єгипті (комуністичні будівництва недавніх днів не йдуть ні в яке порівняння).

Обмежені за нашими мірками, технічні прийоми та механізми єгипетських інженерів були найпередовішими для свого часу. Вони використовували блоки, важелі, клини, катки, похилі площини, а головне - вміння (мабуть, вже втрачене) об'єднувати масові зусилля великих робочих груп. Звичайно, життя кожного працівника не коштувала нічого, а загинути на такому «святій справі» означало опинитися поруч з божеством в обіцяної загробного життя. Страшна неефективність праці компенсувалася мурашиним завзятістю будівельників і величезним запасом часу. Стандартні кам'яні блоки вагою більше восьми тонн вони вирізали в каменоломнях і обробляли з дивовижною точністю, сплавляли в весняний розлив Нілу до місця і доставляли до споруджуваної піраміди, перекочуючи по круглим колодах. Блоки підганяли і встановлювали з точністю до міліметра. Облицювальні плити з білого вапняку, що покривали грані піраміди, закріплювали так, що між ними не проходило і лезо ножа. Відбитий гранями сонячне світло робив піраміду як би світиться зсередини - прийом, безсумнівно, надавав величезний вплив на простих людей (пізніше ці плити збили для власних будівель араби, що захопили країну, і тепер піраміди стоять, позбавлені первісного блиску). Орієнтація пірамід дотримувалися дуже точно: з якоїсь причини - це теж загадка - піраміди розташовуються не хаотично, а орієнтовані двома ребрами на Полярну зірку. Як досягалася така точність при будівництві, невідомо.

Головна загадка пірамід - що в них приховано? Без сумніву, вони - місце спочинку фараонів, про що говорять розшифровані написи. У центрі кожної піраміди знаходиться похоронна камера, порівняно невелика за розмірами, де повинен був розташовуватися саркофаг з мумією фараона. Але жодної мумії в пірамідах не знайшли, саркофаги виявилися порожніми, пограбованими або «помилковими» - необробленими, поставленими, здавалося, для «про людське око». Стіни похоронних камер не розписані і не прикрашені, що зовсім не схоже на справжні поховання фараонів в підземних склепах Долини царів. Там в горах далеко на півдні збереглися, хоча теж розграбовані, справжні гробниці правителів Єгипту. У них американський археолог Говард Картер у 20-х роках минулого століття відкрив незайману гробницю Тутанхамона (маловідомого фараона, рано померлого) з приголомшливим багатством золотих, срібних, дорогоцінних предметів царської начиння. Яка ж розкіш повинна була оточувати інших, більш шанованих правителів в їх останній притулок! Однак нічого, подібного знахідку Картера, в пірамідах знайдено не було. Можливо, тому, що вони аж надто явно видавали себе, а підземні поховання були таємними, прихованими від очей.

Що повинна була містити гігантська піраміда, над створенням якої народ країни бився протягом багатьох років? Невже вона - суцільний кам'яний масив, як вважається досі? Виявлені в пірамідах проходи виявилися вузькими і нечисленними. У піраміді Хеопса загальною площею 53 тисячі квадратних метрів (на якій вільно розмістяться п'ять найбільших соборів світу) є вузький хід довжиною 47 метрів, в якому треба пробиратися зігнувшись, і дві похоронні камери, одна розміром 10 x 5 метрів, інша і того менше ( типова московська квартира, загублена в непробивною товщі граніту). І все. Багато археологи впевнені, що у величезній масі піраміди повинні бути приховані ходи і секретні приміщення, в яких могли зберегтися мумії, багатства, нерозкриті свідоцтва її таємниці. Але як їх виявити? Всі спроби шляхом простукування, свердління, обмірів нічого не дали. Крім невеликих порожнин, мабуть викликаних зсувом блоків (які перенесли безліч землетрусів), нічого не виявлено.

Людське тіло можна «просвітити» рентгеном і побачити, що всередині. Можна навіть, застосувавши сучасний томограф, отримати «зрізи» внутрішніх органів на будь-якій глибині і в будь-якій площині. Рентгенівські промені і прийшла їм на зміну флюорографія дозволяють побачити вміст багажу пасажирів в аеропортах, заглянути в прилади й установки на виробництві, «промацати» міцність з'єднань і зварних швів.

Але як «просвітити» гігантську піраміду? Ні необхідних по потужності рентгенівських джерел (щоб пучок проходив всю товщину кам'яних блоків), ні високочутливих плівок (щоб отримати зображення) не існує.

І все-таки такий спосіб знайдений.

мюонів флюорографія

У 60-х роках минулого століття нобелівський лауреат фізик Луїс Альварес запропонував використовувати для «просвічування» пірамід космічні промені - потік часток високої енергії, що приходять з космосу. Потрапляючи в атмосферу, первинні космічні частинки (протони, ядра) взаємодіють з атомами газів, повністю поглинаючись, і породжують замість себе вторинні частки, у тому числі найбільш «проникаючими», що доходять до земної поверхні, є мюони.

Мюон - нестабільна частинка (середній час життя в стані спокою σ = 2,2 мкс) з масою в 200 разів більшою маси електрона. За всіма іншими властивостями він нічим не відрізняється від електрона, тому його часто називають «важким електроном». Наука досі не знайшла відповіді на питання: навіщо знадобилися природі «важкі електрони»? Може бути, вони потрібні тільки для того, щоб «просвічувати» піраміди?

Ось для цього вони дійсно незамінні. По-перше, їх потік досить інтенсивний: 70% частинок вторинного космічного випромінювання, що досягає земної поверхні, становлять мюони. По-друге, вони мають високу енергією, набагато перевищує енергію пучків рентгенівських флюорографічних установок. Нарешті, вони, як було сказано, мають велику проникаючу здатність, тобто втрачають мало енергії, проходячи через товщі каменів і грунту. Мюони - ідеальний інструмент для «промацування» кам'яних блоків, що утворюють тіло піраміди. Проходячи через порожнечі (секретні кімнати, ходи сполучення), потік мюонів поглинається менше, його інтенсивність в цьому напрямку буде вище. Перетинаючи більш щільні матеріали (важкі саркофаги, сховища, набиті важкими металами), їх потік помітно слабшає, що має виявитися по зменшенню його інтенсивності. Звичайно, виникнуть труднощі в кількісній оцінці варіацій потоку. Щоб вони стали зрозумілими і будь-яка зміна потоку можна було перевести в розміри «пустот» і «перешкод», потрібно знати кутовий розподіл мюонів на вході в піраміду і відносні зміни потоку при зустрічі з «особливостями». Для цього провели модельні комп'ютерні розрахунки, а вже потім приступили до самого експерименту мюонного «просвічування».

піраміда Хефрена

Найбільш зручним об'єктом виявилася піраміда Хефрена, розташована поруч з пірамідою Хеопса, - настільки ж гігантська споруда, що поступаються трохи по висоті і периметру. Вибір пов'язаний з більш низьким розташуванням «кімнати фараона» і можливістю розміщення в ній приймальної апаратури. Крім того, відкритих ходів в ній виявилося менше, ніж «у Хеопса», і це наштовхувало на думку, що не всі вони знайдені.

Вимірювання тривали кілька років. Як реєструючого приладу спочатку використовували велику бульбашкову камеру, дуже популярний в той час трековий детектор. Альварес багато працював з ним в експериментах на прискорювачах, що було відзначено Нобелівською премією. Але для «роботи з пірамідою» це не кращий прилад: бульбашкова камера не могла бути керована зовнішнім сигналом від лічильників, які свідчать про проходження мюона. Як кажуть фахівці, у неї немає пам'яті до попередніх подій. Доводилося робити «сліпі» запуски і ловити треки мюонів, що випадково потрапили в чутливе час камери. Ефективність такого режиму низька, зареєстровані сліди нечіткі, вимір потоку мюонів неякісне. Тому бульбашкову камеру замінили іскровим детектором, тільки що увійшов в фізичний ужиток і, на жаль, не в кращому своєму варіанті. Використовувалася іскрова камера з оцифрованих зніманням інформації, що володіє пам'яттю до минулих часткам (величезний плюс в порівнянні з бульбашкового), але з низькою ефективністю реєстрації множинних подій, що призводило до появи помилкових треків і помітного фону сторонніх подій в вимірюваному потоці. Було зареєстровано понад мільйон треків частинок, що пройшли через піраміду, але навіть при такому великому числі подій досліджували тільки 19% її обсягу.

Помітних «особливостей», які вказали б на секретні камери і приховані скарби, знайдено не було. В цілому проведене «просвічування» виявилося не на високому рівні, але нічого кращого в той час зробити було не можна.

піраміда Сонця

Експериментальна фізика пішла далеко вперед. Бульбашкова і іскрова камери (разом з камерою Вільсона, лічильником Гейгера і іншими славними приладами) зайняли місце в музеї. На зміну прийшли многонітяние пропорційні камери, стриповий детектори, інші витончені прилади, ефективність, надійність і робочі характеристики яких набагато краще, ніж у музейних експонатів.

А питання до пірамід залишилися, тільки тепер до пірамід ацтеків в Мексиці, які теж мають великі недосліджені обсяги, можливо містять потаємні камери. Вибір припав на найбільшу в Центральній Америці піраміду Сонця в загубленому місті Теотіуакан ( «Місто богів»), в 50 км від Мехіко. Вік піраміди - близько двох тисяч років. Вона нижче єгипетських гігантів (висота 65 м), настільки ж велика по периметру (сторона 225 м), має ступінчасту форму, більш поширену в Новому Світі. Під нею на глибині 8 м проходить тунель, в якому є похоронна кімната, але не знайдено жодного поховання. Тунель істотно спрощує «просвічування»: в ньому на різних відстанях можна розміщувати детектор - монітор мюонів, що перетинають піраміду.

Роботу очолюють фізик А. Менчака (університет Мехіко) і археолог Л. Манзанілло (інститут антропології того ж університету). Вони консультувалися перш за Л. Альваресом, цілком підтримали ідею експерименту. Є ряд переваг нового «просвічування» піраміди. Використовуваний детектор найсучаснішого типу: 1 кубометр дротяних пропорційних камер - основний детектор готується експерименту ALICE на Великому адронному колайдері (прискорювачі заряджених частинок, в якому стикаються два зустрічних пучка, дозволяючи досягти дуже високих енергій) в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН, Швейцарія, Женева ), який вступить в дію в 2006 році. Поки коллайдер не запрацює, детектор можна використовувати «на стороні», в допомогу археологам. Пропорційні камери мають прекрасну «пам'яттю» по відношенню до минулих часткам, можуть запускатися зовнішніми лічильниками і до того ж зі стовідсотковою надійністю реєструють множинні події. Новий детектор - ідеальний лічильник мюонів, що перетинають піраміду під будь-якими кутами. Всій його роботою керують комп'ютери. Техніка збору і обробки інформації настільки досконала, що отримані дані про «мюони дощі» відразу ж передаються в лабораторію університету, накопичуються і аналізуються. Ефективність і точність мюонною флюорографії зараз набагато вище, ніж сорок років тому. Уряд Мексики виділив півмільйона доларів на проведення експерименту. Вимірювання почалися цієї весни і продовжаться принаймні до кінця року. За оцінками, за час роботи буде отримано 100 мільйонів слідів часток, які пройшли через піраміду.

Завдання «просвічування» зараз більш певна: потрібно з'ясувати, скільки поховань заховано в піраміді Сонця - одне чи кілька? Відповідь дасть точне уявлення про стиль правління в «Місті богів» з населенням в момент розквіту 125 тисяч чоловік. Був один правитель або, як зустрічається в інших місцях, містом керував рада з декількох соправителей? Звичайно, не виключена можливість виявити в тілі піраміди і якісь «особливості». Але можуть виникнути і проблеми - в першу чергу через більш складної (ступінчастою) форми піраміди і меншої щільності матеріалу. Однак комп'ютерне моделювання за останні роки стало настільки досконалим, а відомості про потік мюонів настільки зросли, що ці побоювання, мабуть, зайві.

«Просвічування» піраміди в Мексиці обіцяє більший успіх і навіть, можливо, спричинить за собою новий етап досліджень пірамід Єгипту.

Піраміди не єдиний можливий об'єкт дослідження. Просто вони - найпотужніші пам'ятники історії, тому і стали першим «пробним каменем» мюонною флюорографії. Найближчі роки покажуть, наскільки успішно буде нове «просвічування». Таємниці зберігають і багато інших історичних і природні об'єкти, всередину яких дуже хотілося б зазирнути. Чому б не «просвітити» палаци і храми в різних країнах, скіфські кургани, римські катакомби? Чи не простіше буде шукати загублену бібліотеку Івана Грозного в Московському Кремлі за допомогою тих же мюонів? А що скажуть спелеологи на пропозицію спробувати портативний мюонний детектор для осмисленого просування в прихованих лабіринтах печер? Мюонів флюорографія може стати для археології таким же необхідним засобом, як радар для сучасної авіації. А поки співробітник Лос-Аламоської національної лабораторії (США) К. Бородін запропонував використовувати космічне випромінювання для «просвічування» підозрілих вантажів на митниці (див. Наука і життя »№ 5,2004г. ).

На що проводиться зараз в Мексиці експеримент покладають великі надії. Він покликаний не тільки виявити невідомі гробниці в піраміді Сонця, а й дати дорогу широкому застосуванню мюонною флюорографії в пошукових роботах.

ФЛЮОРОГРАФІЯ ПІРАМІД

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Піраміди Хефрена (а) і Хеопса (б), схема ходів і похоронних камер в них.

Піраміда Сонця (Мексика)

<

>

Солдати! Сорок століть дивляться на вас з висоти цих пірамід.
Наполеон

Загадка єгипетських пірамід

Піраміди - найдивніше диво з семи чудес старовини, єдине, що дійшло до наших днів. Про піраміди знали в Вавилоні, Греції, Римі. Здавалося, вони існували завжди, з самого створення світу. Освічена Європа «відкрила» їх тільки на початку XIX століття, після єгипетської експедиції Наполеона, який взяв в похід велику групу вчених, в тому числі істориків і археологів. Цінні колекції, малюнки пам'ятників і копії написів, докладні описи знахідок, які вийшли незабаром, стали справжнім відкриттям найдавнішої цивілізації. «З Наполеона» почалася справжня єгиптологія - вивчення життя і культури великого народу, що створив шедеври, дивують навіть в наш час.

Піраміди в чому залишаються загадкою. Після розшифровки Ж. Шампольоном єгипетського ієрогліфічного листи, в чому дуже допоміг двомовний Розеттський камінь (трофей тієї ж військової експедиції), історія Єгипту стала на твердий грунт. Були прочитані тисячі папірусів, написи в храмах і гробницях. Стало відомо, коли і ким побудовані піраміди. Більшість з 67 пірамід, розташованих в нижній течії Нілу (від 30-метрових «крихт» до 150-метрових гігантів), були створені в період Стародавнього царства (2900-2270 рр. До н.е.). За останні два століття їх обстежили уздовж і поперек, виявляючи все нові подробиці пристрою. І все ж, як вважають багато вчених, відкриті далеко не всі.

Грецький історик Геродот, який відвідав район пірамід через півтори тисячі років після їх зведення, дав докладний їх опис (хоча не всі історики з ним згодні). Практично все населення Єгипту - сотні тисяч рабів, фелахів і будівельних робітників - брало участь в будівництві, що тривала часом десятки років. Зведення пірамід було головним, престижною справою всієї країни, участь в якому обіцяв кожному благу заступництво фараона, земного втілення бога Сонця. Ніколи і ніде ідеологічний диктат сягав такого жахливого розмаху, який був протягом тисячоліть в Стародавньому Єгипті (комуністичні будівництва недавніх днів не йдуть ні в яке порівняння).

Обмежені за нашими мірками, технічні прийоми та механізми єгипетських інженерів були найпередовішими для свого часу. Вони використовували блоки, важелі, клини, катки, похилі площини, а головне - вміння (мабуть, вже втрачене) об'єднувати масові зусилля великих робочих груп. Звичайно, життя кожного працівника не коштувала нічого, а загинути на такому «святій справі» означало опинитися поруч з божеством в обіцяної загробного життя. Страшна неефективність праці компенсувалася мурашиним завзятістю будівельників і величезним запасом часу. Стандартні кам'яні блоки вагою більше восьми тонн вони вирізали в каменоломнях і обробляли з дивовижною точністю, сплавляли в весняний розлив Нілу до місця і доставляли до споруджуваної піраміди, перекочуючи по круглим колодах. Блоки підганяли і встановлювали з точністю до міліметра. Облицювальні плити з білого вапняку, що покривали грані піраміди, закріплювали так, що між ними не проходило і лезо ножа. Відбитий гранями сонячне світло робив піраміду як би світиться зсередини - прийом, безсумнівно, надавав величезний вплив на простих людей (пізніше ці плити збили для власних будівель араби, що захопили країну, і тепер піраміди стоять, позбавлені первісного блиску). Орієнтація пірамід дотримувалися дуже точно: з якоїсь причини - це теж загадка - піраміди розташовуються не хаотично, а орієнтовані двома ребрами на Полярну зірку. Як досягалася така точність при будівництві, невідомо.

Головна загадка пірамід - що в них приховано? Без сумніву, вони - місце спочинку фараонів, про що говорять розшифровані написи. У центрі кожної піраміди знаходиться похоронна камера, порівняно невелика за розмірами, де повинен був розташовуватися саркофаг з мумією фараона. Але жодної мумії в пірамідах не знайшли, саркофаги виявилися порожніми, пограбованими або «помилковими» - необробленими, поставленими, здавалося, для «про людське око». Стіни похоронних камер не розписані і не прикрашені, що зовсім не схоже на справжні поховання фараонів в підземних склепах Долини царів. Там в горах далеко на півдні збереглися, хоча теж розграбовані, справжні гробниці правителів Єгипту. У них американський археолог Говард Картер у 20-х роках минулого століття відкрив незайману гробницю Тутанхамона (маловідомого фараона, рано померлого) з приголомшливим багатством золотих, срібних, дорогоцінних предметів царської начиння. Яка ж розкіш повинна була оточувати інших, більш шанованих правителів в їх останній притулок! Однак нічого, подібного знахідку Картера, в пірамідах знайдено не було. Можливо, тому, що вони аж надто явно видавали себе, а підземні поховання були таємними, прихованими від очей.

Що повинна була містити гігантська піраміда, над створенням якої народ країни бився протягом багатьох років? Невже вона - суцільний кам'яний масив, як вважається досі? Виявлені в пірамідах проходи виявилися вузькими і нечисленними. У піраміді Хеопса загальною площею 53 тисячі квадратних метрів (на якій вільно розмістяться п'ять найбільших соборів світу) є вузький хід довжиною 47 метрів, в якому треба пробиратися зігнувшись, і дві похоронні камери, одна розміром 10 x 5 метрів, інша і того менше ( типова московська квартира, загублена в непробивною товщі граніту). І все. Багато археологи впевнені, що у величезній масі піраміди повинні бути приховані ходи і секретні приміщення, в яких могли зберегтися мумії, багатства, нерозкриті свідоцтва її таємниці. Але як їх виявити? Всі спроби шляхом простукування, свердління, обмірів нічого не дали. Крім невеликих порожнин, мабуть викликаних зсувом блоків (які перенесли безліч землетрусів), нічого не виявлено.

Людське тіло можна «просвітити» рентгеном і побачити, що всередині. Можна навіть, застосувавши сучасний томограф, отримати «зрізи» внутрішніх органів на будь-якій глибині і в будь-якій площині. Рентгенівські промені і прийшла їм на зміну флюорографія дозволяють побачити вміст багажу пасажирів в аеропортах, заглянути в прилади й установки на виробництві, «промацати» міцність з'єднань і зварних швів.

Але як «просвітити» гігантську піраміду? Ні необхідних по потужності рентгенівських джерел (щоб пучок проходив всю товщину кам'яних блоків), ні високочутливих плівок (щоб отримати зображення) не існує.

І все-таки такий спосіб знайдений.

мюонів флюорографія

У 60-х роках минулого століття нобелівський лауреат фізик Луїс Альварес запропонував використовувати для «просвічування» пірамід космічні промені - потік часток високої енергії, що приходять з космосу. Потрапляючи в атмосферу, первинні космічні частинки (протони, ядра) взаємодіють з атомами газів, повністю поглинаючись, і породжують замість себе вторинні частки, у тому числі найбільш «проникаючими», що доходять до земної поверхні, є мюони.

Мюон - нестабільна частинка (середній час життя в стані спокою σ = 2,2 мкс) з масою в 200 разів більшою маси електрона. За всіма іншими властивостями він нічим не відрізняється від електрона, тому його часто називають «важким електроном». Наука досі не знайшла відповіді на питання: навіщо знадобилися природі «важкі електрони»? Може бути, вони потрібні тільки для того, щоб «просвічувати» піраміди?

Ось для цього вони дійсно незамінні. По-перше, їх потік досить інтенсивний: 70% частинок вторинного космічного випромінювання, що досягає земної поверхні, становлять мюони. По-друге, вони мають високу енергією, набагато перевищує енергію пучків рентгенівських флюорографічних установок. Нарешті, вони, як було сказано, мають велику проникаючу здатність, тобто втрачають мало енергії, проходячи через товщі каменів і грунту. Мюони - ідеальний інструмент для «промацування» кам'яних блоків, що утворюють тіло піраміди. Проходячи через порожнечі (секретні кімнати, ходи сполучення), потік мюонів поглинається менше, його інтенсивність в цьому напрямку буде вище. Перетинаючи більш щільні матеріали (важкі саркофаги, сховища, набиті важкими металами), їх потік помітно слабшає, що має виявитися по зменшенню його інтенсивності. Звичайно, виникнуть труднощі в кількісній оцінці варіацій потоку. Щоб вони стали зрозумілими і будь-яка зміна потоку можна було перевести в розміри «пустот» і «перешкод», потрібно знати кутовий розподіл мюонів на вході в піраміду і відносні зміни потоку при зустрічі з «особливостями». Для цього провели модельні комп'ютерні розрахунки, а вже потім приступили до самого експерименту мюонного «просвічування».

піраміда Хефрена

Найбільш зручним об'єктом виявилася піраміда Хефрена, розташована поруч з пірамідою Хеопса, - настільки ж гігантська споруда, що поступаються трохи по висоті і периметру. Вибір пов'язаний з більш низьким розташуванням «кімнати фараона» і можливістю розміщення в ній приймальної апаратури. Крім того, відкритих ходів в ній виявилося менше, ніж «у Хеопса», і це наштовхувало на думку, що не всі вони знайдені.

Вимірювання тривали кілька років. Як реєструючого приладу спочатку використовували велику бульбашкову камеру, дуже популярний в той час трековий детектор. Альварес багато працював з ним в експериментах на прискорювачах, що було відзначено Нобелівською премією. Але для «роботи з пірамідою» це не кращий прилад: бульбашкова камера не могла бути керована зовнішнім сигналом від лічильників, які свідчать про проходження мюона. Як кажуть фахівці, у неї немає пам'яті до попередніх подій. Доводилося робити «сліпі» запуски і ловити треки мюонів, що випадково потрапили в чутливе час камери. Ефективність такого режиму низька, зареєстровані сліди нечіткі, вимір потоку мюонів неякісне. Тому бульбашкову камеру замінили іскровим детектором, тільки що увійшов в фізичний ужиток і, на жаль, не в кращому своєму варіанті. Використовувалася іскрова камера з оцифрованих зніманням інформації, що володіє пам'яттю до минулих часткам (величезний плюс в порівнянні з бульбашкового), але з низькою ефективністю реєстрації множинних подій, що призводило до появи помилкових треків і помітного фону сторонніх подій в вимірюваному потоці. Було зареєстровано понад мільйон треків частинок, що пройшли через піраміду, але навіть при такому великому числі подій досліджували тільки 19% її обсягу.

Помітних «особливостей», які вказали б на секретні камери і приховані скарби, знайдено не було. В цілому проведене «просвічування» виявилося не на високому рівні, але нічого кращого в той час зробити було не можна.

піраміда Сонця

Експериментальна фізика пішла далеко вперед. Бульбашкова і іскрова камери (разом з камерою Вільсона, лічильником Гейгера і іншими славними приладами) зайняли місце в музеї. На зміну прийшли многонітяние пропорційні камери, стриповий детектори, інші витончені прилади, ефективність, надійність і робочі характеристики яких набагато краще, ніж у музейних експонатів.

А питання до пірамід залишилися, тільки тепер до пірамід ацтеків в Мексиці, які теж мають великі недосліджені обсяги, можливо містять потаємні камери. Вибір припав на найбільшу в Центральній Америці піраміду Сонця в загубленому місті Теотіуакан ( «Місто богів»), в 50 км від Мехіко. Вік піраміди - близько двох тисяч років. Вона нижче єгипетських гігантів (висота 65 м), настільки ж велика по периметру (сторона 225 м), має ступінчасту форму, більш поширену в Новому Світі. Під нею на глибині 8 м проходить тунель, в якому є похоронна кімната, але не знайдено жодного поховання. Тунель істотно спрощує «просвічування»: в ньому на різних відстанях можна розміщувати детектор - монітор мюонів, що перетинають піраміду.

Роботу очолюють фізик А. Менчака (університет Мехіко) і археолог Л. Манзанілло (інститут антропології того ж університету). Вони консультувалися перш за Л. Альваресом, цілком підтримали ідею експерименту. Є ряд переваг нового «просвічування» піраміди. Використовуваний детектор найсучаснішого типу: 1 кубометр дротяних пропорційних камер - основний детектор готується експерименту ALICE на Великому адронному колайдері (прискорювачі заряджених частинок, в якому стикаються два зустрічних пучка, дозволяючи досягти дуже високих енергій) в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН, Швейцарія, Женева ), який вступить в дію в 2006 році. Поки коллайдер не запрацює, детектор можна використовувати «на стороні», в допомогу археологам. Пропорційні камери мають прекрасну «пам'яттю» по відношенню до минулих часткам, можуть запускатися зовнішніми лічильниками і до того ж зі стовідсотковою надійністю реєструють множинні події. Новий детектор - ідеальний лічильник мюонів, що перетинають піраміду під будь-якими кутами. Всій його роботою керують комп'ютери. Техніка збору і обробки інформації настільки досконала, що отримані дані про «мюони дощі» відразу ж передаються в лабораторію університету, накопичуються і аналізуються. Ефективність і точність мюонною флюорографії зараз набагато вище, ніж сорок років тому. Уряд Мексики виділив півмільйона доларів на проведення експерименту. Вимірювання почалися цієї весни і продовжаться принаймні до кінця року. За оцінками, за час роботи буде отримано 100 мільйонів слідів часток, які пройшли через піраміду.

Завдання «просвічування» зараз більш певна: потрібно з'ясувати, скільки поховань заховано в піраміді Сонця - одне чи кілька? Відповідь дасть точне уявлення про стиль правління в «Місті богів» з населенням в момент розквіту 125 тисяч чоловік. Був один правитель або, як зустрічається в інших місцях, містом керував рада з декількох соправителей? Звичайно, не виключена можливість виявити в тілі піраміди і якісь «особливості». Але можуть виникнути і проблеми - в першу чергу через більш складної (ступінчастою) форми піраміди і меншої щільності матеріалу. Однак комп'ютерне моделювання за останні роки стало настільки досконалим, а відомості про потік мюонів настільки зросли, що ці побоювання, мабуть, зайві.

«Просвічування» піраміди в Мексиці обіцяє більший успіх і навіть, можливо, спричинить за собою новий етап досліджень пірамід Єгипту.

Піраміди не єдиний можливий об'єкт дослідження. Просто вони - найпотужніші пам'ятники історії, тому і стали першим «пробним каменем» мюонною флюорографії. Найближчі роки покажуть, наскільки успішно буде нове «просвічування». Таємниці зберігають і багато інших історичних і природні об'єкти, всередину яких дуже хотілося б зазирнути. Чому б не «просвітити» палаци і храми в різних країнах, скіфські кургани, римські катакомби? Чи не простіше буде шукати загублену бібліотеку Івана Грозного в Московському Кремлі за допомогою тих же мюонів? А що скажуть спелеологи на пропозицію спробувати портативний мюонний детектор для осмисленого просування в прихованих лабіринтах печер? Мюонів флюорографія може стати для археології таким же необхідним засобом, як радар для сучасної авіації. А поки співробітник Лос-Аламоської національної лабораторії (США) К. Бородін запропонував використовувати космічне випромінювання для «просвічування» підозрілих вантажів на митниці (див. Наука і життя »№ 5,2004г. ).

На що проводиться зараз в Мексиці експеримент покладають великі надії. Він покликаний не тільки виявити невідомі гробниці в піраміді Сонця, а й дати дорогу широкому застосуванню мюонною флюорографії в пошукових роботах.