Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №6/2005
Как «просветить» пирамиду

Проф. Б.И.Лучков,
МИФИ, г. Москва

Как «просветить» пирамиду

– Абдулла, это пирамида, – объяснил я.
– Это гора или люди построили?
– Её построили люди в давние времена.
– Ох уж эти египтяне! Во всём нас перегнали. А сколько человек в ней живёт?
– Один, да и тот мёртвый.
Тур Хейердал. Ра

Современная физика добилась больших успехов не только в познании мира, но и в развитии методов исследования, широко применяемых в различных областях – смежных науках и в повседневной жизни. Практически во всех областях нашей деятельности – от техники до медицины и искусства – используются достижения физики. Атомная энергетика – любимое её дитя (скорее термоядерное, ещё более желанное), сёстры – астрофизика, геофизика, геология – всегда под неусыпной опекой. В наш быт вошли лазеры, изотопные источники тока, ядерный магнитный резонанс, рентгеновская томография, меченые атомы и многое, многое другое. История в долгу у физики за метод радиоуглерода, позволивший надёжно устанавливать основные вехи земной цивилизации. В последнее время развит метод мюонной флюорографии, который, если его применить в полной мере, мог бы раскрыть многие исторические загадки, например, вековую тайну египетских пирамид.

Пирамиды Гизы

Пирамиды Гизы (вид с большой высоты): Микерина, Хефрена и Хеопса. К востоку от пирамиды Хефрена – знаменитый сфинкс, обращённый лицом к восходу Солнца ( http://www.altavista.com )

Загадка пирамид

Пирамиды – самое удивительное чудо из семи античных чудес, единственно дошедшее почти в первозданном виде до наших дней. О пирамидах знали в Вавилоне, Греции, Риме. Казалось, они существовали всегда, с самого сотворения мира. Просвещённая Европа «открыла» их в начале XIX в. после египетской экспедиции Наполеона, взявшего в поход большую группу учёных, в том числе историков и археологов. Ценные коллекции, рисунки памятников и надписей, подробные описания находок, вышедшие вскоре, явились настоящим открытием древнейшей цивилизации. «С Наполеона» началась подлинная египтология – изучение жизни и культуры великого народа, сотворившего шедевры, удивляющие даже в наше время.

Пирамиды во многом остаются загадкой. После расшифровки французским учёным Ж.Шампольоном египетского иероглифического письма, в чём очень помог двуязычный Розеттский камень (трофей той же военной экспедиции), история Египта стала на твёрдую почву. Были прочтены тысячи папирусов, надписи в храмах и гробницах. Стало известно, когда и кем построены пирамиды. Большинство из шестидесяти семи пирамид, расположенных в нижнем течении Нила (от 30-метровых «крошек» до 150-метровых гигантов), были созданы в период Древнего Царства (2900–2270 гг. до н.э.). За последние два века их обследовали вдоль и поперёк, применяя все доступные методы. Тем не менее, как полагают учёные, открыто далеко не всё.

Греческий историк Геродот, посетивший район пирамид через 1,5 тыс. лет после их возведения, дал подробное описание их постройки. Почти всё население Египта – сотни тысяч рабов, феллахов и строительных рабочих – участвовали в стройке, продолжавшейся десятки лет. Возведение пирамид было престижным делом всей страны, участие в котором обещало каждому благое покровительство фараона, земного воплощения солнечного божества. Никогда и нигде идеологический диктат не достигал такого чудовищного размаха, какой был на протяжении тысячелетий в Древнем Египте.

Ограниченные, по нашим меркам, технические приёмы и механизмы египетских инженеров были самыми передовыми для своего времени. Они пользовались блоками, рычагами, скользящими поверхностями, а главное – умением (по-видимому, навсегда утраченным) организовывать массовые усилия больших рабочих групп. Конечно, жизнь каждого работника не стоила ничего, а погибнуть на «святом деле» означало оказаться рядом с божеством в обещанной загробной жизни. Стандартные каменные блоки весом более 8 т вырезались и обрабатывались с удивительной точностью в каменоломнях, сплавлялись во время весеннего разлива Нила и путём качения по мокрым брёвнам доставлялись к строящейся пирамиде. (Есть и другие гипотезы способа постройки пирамид, например, из бетонных блоков, которые изготавливались из мельчайшего песка и связующих компонентов. – Ред.) Страшная неэффективность труда окупалась муравьиным упорством строителей и огромным запасом времени. Блоки подгонялись с точностью до миллиметра. Облицовочные плиты из белого известняка, покрывавшие грани пирамиды, закреплялись так, что между ними не прошло бы и лезвие ножа (позднее эти плиты были сбиты для собственных построек арабами, захватившими страну, и теперь пирамиды лишены первоначального блеска). Ориентация пирамид выдерживалась очень точно: по какой-то причине (это тоже загадка) они располагались не хаотично, а были ориентированы двумя рёбрами на Полярную звезду. Как достигалась такая точность при строительстве – неизвестно. Отражённый гранями солнечный свет делал пирамиду как бы светящейся изнутри, – приём, несомненно, оказывавший огромное воздействие на людей.

Главная загадка пирамид: что в них скрыто? Без сомнения, они – место упокоения фараона, о чём говорят расшифрованные надписи. В центре каждой пирамиды находится погребальная камера, сравнительно небольшая по размерам, где должен располагаться саркофаг с мумией фараона. Но ни одна мумия в пирамидах не была найдена, саркофаги оказались пустыми, разграбленными или «ложными» – необработанными, поставленными, казалось, для отвода глаз. Стены погребальных камер не расписаны и не украшены, что совсем не похоже на истинные захоронения в подземных склепах Долины Царей. Там, в горах, далеко на юге, сохранились, хотя тоже разграбленные, настоящие гробницы правителей Египта. Там американский археолог Говард Картер в 20-х гг. прошлого века открыл нетронутую гробницу Тутанхамона (малоизвестного фараона, рано умершего) с потрясающим богатством золотых, серебряных, драгоценных предметов царской утвари. Какая же роскошь должна была окружать других, более почитаемых правителей в их последнем пристанище! Ничего подобного в пирамидах найдено не было.

Пирамиды, согласно верованиям, служили лестницей, по которой фараон, сын бога, должен был вернуться к отцу. Именно поэтому самые древние пирамиды – ступенчатые. Найден папирус с таким текстом: «Мы строим для него лестницу, чтобы он мог вступить на небо». Непонятно, по какой причине, но позднее пирамиды стали делать гладкими. Возможно, под влиянием изменений, которым подвергалась сама религия на протяжении веков.

Пирамиды Хефрена и Хеопса

Что должна была содержать гигантская пирамида, над созданием которой народ страны бился в течение многих лет? Неужели она – сплошной каменный массив, как считается до сих пор? Обнаруженные в пирамидах проходы узки и малочисленны. В пирамиде Хеопса общей площадью 53 000 м2 (на которой свободно разместятся пять самых крупных соборов мира) есть узкий ход длиной 47 м, в котором надо пробираться согнувшись, и две погребальные камеры, одна размером 10 х 5 м, другая и того меньше (типовая московская квартира, затерянная в непробиваемой толще гранита). И всё. Многие археологи уверены, что в огромной массе пирамиды должны быть скрытые ходы и секретные помещения, в которых могли сохраниться мумии, богатства, нераскрытые свидетельства её тайн. Но как их обнаружить? Все попытки – путём простукивания, сверления, обмеров – ничего не дали. Кроме небольших полостей, по-видимому, вызванных сдвигом блоков (перенёсших множество землетрясений), ничего не обнаружено.

Человеческое тело можно «просветить» рентгеном и увидеть, что находится внутри. Можно даже, применяя современный томограф, сделать это настолько хорошо, что будут получены «срезы» внутренних органов на любой глубине и в любом направлении. Рентгеновская флюорография позволяет разглядеть багаж пассажиров в аэропортах, заглянуть в приборы и установки на производстве, «прощупать» прочность соединений и сварных швов.

Как «просветить» гигантскую пирамиду? Ни необходимых по мощности рентгеновских источников (чтобы пучок прошёл всю толщину каменных блоков), ни высокочувствительных плёнок (чтобы получить изображение) не существует. И всё-таки такой способ найден.

Мюонная флюорография

В 60-х гг. прошлого века нобелевский лауреат физик Луис Альварес предложил использовать для «просвечивания» пирамид космические лучи – поток высокоэнергичных частиц, приходящих из космоса. Попадая в атмосферу, первичные космические частицы (протоны, ядра) взаимодействуют с атомами, полностью поглощаясь и порождая взамен себя вторичные частицы, из которых самыми «проникающими» (доходящими до земной поверхности) являются мюоны. Мюон – нестабильная частица (среднее время жизни в состоянии покоя 2,2 мкс) массой в 200 раз больше массы электрона. По всем остальным свойствам он ничем не отличается от электрона, поэтому его часто называют тяжёлым электроном. Наука до сих пор не нашла ответа на вопрос, зачем понадобились природе «тяжёлые» электроны. Может быть, они нужны только для того, чтобы «просвечивать» пирамиды?

Схема ходов и погребальных камер пирамид
Схемы ходов и погребальных камер пирамид:
a-Хеопса; б-Хефрена

Вот для этого они, действительно, незаменимы. Во-первых, их поток достаточно большой: 70% частиц вторичного космического излучения, достигающего земной поверхности, составляют мюоны. Во-вторых, они обладают высокими энергиями, которые намного превышают энергии пучков рентгеновских флюорографических установок. Наконец, они, как было сказано, очень проникающие, т.е. теряют мало энергии, проходя через большие толщи камней и земляного грунта. Мюоны – идеальный индикатор «прощупывания» каменных блоков, образующих тело пирамиды. Проходя через пустоты (секретные комнаты, ходы сообщения), поток мюонов не уменьшится, и его интенсивность в этом направлении будет выше. Пересекая дополнительные материалы (тяжёлые саркофаги, хранилища, набитые тяжёлыми металлами), поток заметно ослабнет, что должно обнаружиться по уменьшению интенсивности. Конечно, возникнут трудности в количественной оценке вариаций потока. Чтобы любое изменение потока можно было переводить в размеры «пустот» и «препятствий», надо знать угловое распределение мюонов на входе в пирамиду и относительные изменения потока при встрече с «особенностями». Для этого были проведены модельные компьютерные расчёты, после чего приступили к самому эксперименту мюонного «просвечивания».

Пирамида Хефрена

Наиболее удобной для первого «просвечивания» оказалась пирамида Хефрена, расположенная рядом с пирамидой Хеопса, – такое же гигантское сооружение, но уступающее немного по высоте и периметру. Выбор был связан с низким расположением «комнаты фараона» и возможностью размещения в ней приёмной аппаратуры. Кроме того, открытых ходов в ней оказалось меньше, чем у «Хеопса», и это наталкивало на мысль, что не все они найдены.

Измерения продолжались несколько лет. В качестве регистрирующего прибора предполагалось использовать большую пузырьковую камеру – очень популярный в то время трековый детектор. Л.Альварес много работал с ним в экспериментах на ускорителях, именно за эти исследования он был удостоен Нобелевской премии. Но для работы с пирамидой это не лучший прибор: пузырьковая камера не могла управляться внешним сигналом от счётчиков, фиксирующих прохождение мюона. Как говорят специалисты, у неё нет памяти о предшествующих событиях. Поэтому пузырьковая камера была заменена искровой камерой – детектором, только что вошедшим в физический обиход и, к сожалению, не в лучшем своём варианте. Использовалась искровая камера с цифровым выходом информации, обладающая памятью к прошедшим частицам (огромный плюс по сравнению с пузырьковой), но с низкой эффективностью регистрации множественных событий, что приводило к появлению ложных треков и заметному фону посторонних событий в измеряемом потоке. Было зарегистрировано более миллиона треков частиц, прошедших через пирамиду, но даже при таком большом числе событий исследованными оказались только 19% объёма пирамиды.

Заметных особенностей, которые указали бы на секретные камеры и скрытые сокровища, найдено не было. В целом проведённое «просвечивание» оказалось не на высоком уровне, но ничего лучшего в то время сделать было нельзя.

Пирамида Солнца

Экспериментальная физика ушла далеко вперёд. Пузырьковая и искровая камеры (вместе с камерой Вильсона, счётчиком Гейгера и другими славными приборами) заняли место в музее. На смену им пришли многонитяные пропорциональные камеры, стриповые детекторы, другие изощрённые приборы, эффективность, надежность, рабочие характеристики которых намного лучше, чем у музейных экспонатов. А вопросы к пирамидам остались, только теперь – к пирамидам ацтеков в Мексике, которые тоже имеют большие неисследованные объёмы, возможно, содержащие «скрытые места». Выбор пал на самую большую в Центральной Америке пирамиду Солнца в затерянном городе Теотиуакан (Город богов), что в 50 км от Мехико. Возраст пирамиды около двух тысяч лет. Она пониже египетских гигантов (высота 65 м), столь же велика по периметру (сторона 225 м), имеет ступенчатый вид, более распространённый в Новом Свете. Под ней на глубине 8 м проходит туннель, где найдена погребальная комната, но... ни одного захоронения. Туннель существенно упрощает «просвечивание»: в нём на разных расстояниях можно размещать детектор – монитор мюонов, пересекающих пирамиду.

Работу возглавляют физик А.Менчака (университет Мехико) и археолог Л.Манзанилла (институт антропологии того же университета). Они консультировались прежде с Л.Альваресом, всецело поддержавшим идею эксперимента. Есть ряд преимуществ нового «просвечивания». Используемый детектор – самого современного типа и внушительного размера: 1 м3 проволочных пропорциональных камер – основной детектор готовящегося эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере (ускоритель частиц, в котором сталкиваются два встречных пучка, что позволяет достигать очень больших энергий столкновения) в ЦЕРНе (Европейский центр ядерных исследований (Женева, Швейцария)), который вступит в строй в 2007 г. Пока коллайдер не заработает, детектор можно использовать «на стороне», в помощь археологам. Пропорциональные камеры обладают прекрасной «памятью» к прошедшим частицам, могут запускаться сигналом от внешних счётчиков и к тому же имеют стопроцентную эффективность ко множественным событиям. Новый детектор – идеальный монитор мюонов, пересекающих пирамиду под любыми углами. Техника сбора и обработки информации настолько совершенна, что получаемые данные о «мюонном дожде» сразу же передаются в лабораторию университета, накапливаются и анализируются. Всей работой управляют компьютеры. Эффективность и точность мюонной флюорографии сейчас будет намного лучше, чем 40 лет назад. Правительство Мексики выделило 0,5 млн долл. на начальное проведение эксперимента. Измерения начались весной 2004 г. и продолжаются уже несколько месяцев. По оценкам, за год работы должно быть получено 100 млн следов прошедших через пирамиду частиц, т.е. в сто раз больше, чем за всё время «просвечивания» пирамиды Хефрена, что вместе с их высоким качеством гарантирует намного более детальную картину внутреннего устройства пирамиды.

Пирамида Солнца

Задача «просвечивания» сейчас более определённая. Надо выяснить число захоронений, спрятанных в пирамиде Солнца, – одно или несколько? Ответ даст точное представление о стиле правления в Городе богов, с населением 125 тыс. человек в момент расцвета (что намного больше его «современника» Рима). Был ли там один владыка или, как встречается в других местах, городом управлял совет из нескольких соправителей? Конечно, не исключается возможность обнаружения в теле пирамиды каких-либо других «особенностей». Но могут возникнуть и трудности, в первую очередь из-за ступенчатой формы пирамиды и меньшей плотности материала. Однако прогресс компьютерного моделирования за последние годы настолько велик, а сведения о потоке мюонов за прошедшие годы так выросли, что опасения, по-видимому, излишни.

Новый эксперимент по «просвечиванию» пирамиды вызвал большой отклик во всём мире, в Мексике же «забил» все телевизионные программы, даже любимые «мыльные сериалы». Многочисленные интервью, однако, не сообщают пока о результатах исследования. На сайте BBC NEWS появилось лишь краткое сообщение корреспондента о посещении экспериментального домика, находящегося глубоко под землёй: „Идём вниз, берегите голову”, – сказал доктор Менчака, спускаясь в узкий, низкий проход под пирамидой. Холодно, сыро и грязно, спёртый воздух подземелья, но в месте, где размещена аппаратура, – вполне комфортно. Поражает монитор визуального наблюдения, на котором постоянно вспыхивают и, кажется, пляшут жёлтые стрелы – следы регистрируемых мюонов, пронизывающих пирамиду. Эти же данные в оцифрованном виде передаются наверх. Главное – эксперимент пошёл, идёт рутинное накопление информации. „Просвечивание” пирамиды в Мексике сулит больший успех и даже, возможно, повлечёт за собой новое обращение к старым пирамидам Египта. Не все они полностью раскрылись перед наукой».

Пирамида Чичен-Ица – следующий возможный объект исследования

Пирамиды – не единственный возможный объект исследования. Они – самые массивные памятники истории, поэтому и стали первым «пробным камнем» мюонной флюорографии. Ближайшие годы покажут, насколько успешно будет новое «просвечивание». Тайны хранят и многие другие исторические и природные объекты, внутрь которых очень хотелось бы заглянуть. Почему бы не «просветить» дворцы и храмы разных стран, скифские курганы и римские катакомбы? Не проще ли будет искать затерянную библиотеку Ивана Грозного в Московском Кремле с помощью тех же мюонов? А что скажут спелеологи на предложение попробовать портативный мюонный детектор для осмысленного продвижения в скрытых лабиринтах пещер? Мюонная флюорография может стать в археологии таким же необходимым средством, как радар для современной авиации. На проводимом сейчас в Мексике эксперименте лежит большая ответственность: не только открыть неизвестные гробницы в пирамиде Солнца, но и зажечь зелёный свет широкому использованию мюонной флюорографии в поисковых работах.