Geum.ru

Новый золотой листок, тонкий, вибри­рующий, не хотел прилаживаться к стерженьку старого элек-|| троскопа

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   54
109

первые в мире рентгеновские снимки, сделанные самим Рент­геном. Была и третья стопка — конверты.

Десять конвертов. Десять адресов. В каждом конверте — экземпляр брошюры и набор снимков. Через несколько дней десять авторитетнейших физиков Европы получили своеобраз­ное новогоднее послание с берегов Майна от профессора В. К. Рентгена,' чье экспериментаторское искусство было им, конечно, известно, но с чьим именем до сих пор не связыва­лось никаких выдающихся открытий.

А широкой публике это имя не говорило ничего. Есть за­бавное тому доказательство. Одно из вюрцбургских посланий пришло в Вену. О нем узнала пресса. Венские корреспонденты разных газет поспешили сообщить в свои редакции, что некий немецкий ученый Роутген сделал небывалое изобретение: он научился фотографировать скрытое! Даже кости живой чело­веческой руки!.. «Роутген» в несколько дней стал популярней Эдисона. В истинного же «Рентгена» он превратился чуть позже, когда торопливая репортерская молва сменилась неску­деющей научной славой. Произошло это и вправду быстро, потому что на сей раз небывалое оказалось легко воспроизво­димым: разрядные трубки и фотографические пластинки не были диковинкой для экспериментаторов.

«Совсем особого рода удовольствие», о котором позволил себе написать застегнутый на все пуговицы, педантически строгий Рентген, стало достоянием энтузиастов во всем мире. Любопытно: среди них был Александр Попов. В Кронштадт­ском музее, где хранятся реликвии великой поры изобретения радио, можно увидеть и прекрасные рентгенограммы. Они сде­лали бы честь и современному рентгенографу. А датированы они — трудно поверить! — февралем 1896 года. Очевидно, од­но из своих новогодних посланий Рентген Отправил в Петер­бург.

Два других пришли в Париж и Кембридж.

В Париж — Анри Пуанкаре.

В Кембридж — Дж. Дж. Томсону.

Вот эти-то два послания сыграли историческую роль в воз­никновении современной физики микромира. Они определили и научную судьбу Эрнста Резерфорда.

Странное дело — почему, посылая свою работу в Париж, Рентген решил адресоваться к Анри Пуанкаре? Меньше всего Пуанкаре мог почитаться авторитетом в экспериментальной

110

физике. И в технике тоже (хотя некогда он и учился в По­литехнической и Горной школах Франции). Он был гениаль­ным математиком. И физиком-теоретиком. К тому же из числа тех, кого волновали не столько подробности физического зна­ния, сколько само устройство мира... Так не означал ли выбор Рентгена, что он увидел в своем открытии нечто большее, чем «новый способ фотографирования»?

Возможно. А возможно, он просто подумал, что к инфор­мации, идущей через Пуанкаре, французские физики должны будут отнестись с пристальным вниманием.

В обоих случаях он был прав.

20 января 1896 года — в очередной академический поне­дельник — крупнейшие физики Франции слушали сообщение о новом роде лучей. Оно сопровождалось демонстрацией сним­ков кисти руки, только что сделанных в Париже двумя вра­чами. И всем стало ясно, как много может дать медицине открытие немецкого профессора. А физике? Это было не столь очевидно.

Но один из академиков тотчас решил, что все услышанное имеет непосредственное отношение к его собственным лабора­торным исканиям. Его захватила простая мысль, нуждавшаяся в немедленной экспериментальной проверке.

Дело в том, что Антуан Анри Беккерель занимался фосфо­ресценцией. Это было явление того же круга, что флюоресцен­ция и люминесценция. Три красивых термина — три красивых эффекта. Термины были похожи, и эффекты были похожи. Речь шла о способности некоторых веществ самосветиться под воздействием или после воздействия внешнего облучения. Тонкости тут не существенны.

Тема была не новой. Еще менее новой, чем катодные лучи. Анри Беккерель шел по стопам своего деда — Антуана Се-зара — и по стопам своего отца — Александра Эдмона. И дед и отец тоже были членами Парижской академии и даже ее президентами. Интерес к явлениям спровоцированного само­свечения был наследственным у Беккерелей. Легко представить себе, что почувствовал Анри Беккерель, когда услышал слова из новогоднего послания Рентгена: «...наиболее сильно флю­оресцирующее место стенки разрядной трубки является также и главным исходным пунктом расходящихся во все стороны Х-лучей».

Флюоресценция!.. В потомственном академике заговорил «голос крови». Гипотеза созрела мгновенно: если источник невидимых лучей Рентгена — флюоресцирующее пятно, стало быть, такие лучи должно испускать любое флюоресцирующее

111

тело! Можно обойтись без катодной трубки. Достаточно каким-нибудь известным способом вызвать самосвечение вещества, и попутно возникнут Х-лучи!

Рассуждение его казалось безупречным. Программа дей­ствий — очевидной. Теоретических возражений по тем време­нам не мог бы сформулировать даже Анри Пуанкаре. Остава­лось взяться за дело.

И он взялся за дело...

- Разумеется, начались неудачи. Никаких рентгеновых лучей в его опытах не могло возникнуть: ни в одном звене в них не участвовали быстрые электроны, излучающие энергию при торможении! Анри Беккерель делал то, что делал еще его дед Сезар: облучал подходящие вещества ультрафиолетовым светом и наблюдал их красивое, но скоропреходящее свечение. Одна­ко, так как его волновало нечто новое, он делал еще и то, чего не стал бы делать дед: он помещал фосфоресцирующие кри­сталлы на фотопластинки, тщательно обернутые черной бума­гой. Непроницаемая для ббычного света, черная бумага долж­на была пропускать всепроникающие Х-лучи. Он испытывал одно фосфоресцирующее вещество за другим. И каждый раз с понятным волнением проявлял пластинки.

Благоразумные библейские пророки предсказывали события, достаточно отдаленные во времени и пространстве, чтобы в час проверки не быть побитыми камнями. Ученым труднее, чем пророкам: их лабораторные предсказания сбываются или не сбываются в их присутствии. И казнь мучительней: они каз­нят самих себя. В течение месяца Анри Беккерель изо дня в день убеждался, что пластинки остаются девственно чистыми. В этом непрерывном самоистязании его утешали только чув­ство юмора и мысль, что еще не все фосфоресцирующие вещества испытаны...

И вот — как неисповедимы пути познания! — дошел черед до солей урана. Продолжая с маниакальным упорством свои бессмысленные опыты, Беккерель повторил заведенным поряд­ком всю процедуру: на черный пакетик с фотопластинкой по­ложил кристаллы урановой соли, открыл окно, чтобы стекло не задерживало ультрафиолетовые лучи солнечного спектра, про­вел облучение, закрыл окно, снял кристаллы, взял черный пакетик и пошел казниться в темную комнату фотолаборато­рии. Неизвестно, выскочил ли он оттуда с архимедовым криком «Эврика!», но в протоколе ближайшего академического поне­дельника появилась следующая запись: •:

1t2

Заседание 2 4 февраля 1896 г. Сообще-. ние Анри Беккереля... .

...Фотографическую бромосеребряную пластинку Люмьера обертывают двумя листками очень плотной черной бумаги... Сверху накладывают какое-нибудь фосфоресцирующее вещество (бисульфат урана и калия), а затем все это выставляют на несколько часов на солнце.

При проявлении фотопластинки на черном фоне по­является силуэт фосфоресцирующего вещества.

Так что же — сбылось пророчество?

Сразу видно, что Беккерель совершил элементарную логи­ческую ошибку. Разве он имел право говорить в своем сооб­щении: «накладывают какое-нибудь фосфоресцирующее ве­щество»? В течение месяца «какие-нибудь» вещества не засве­чивали пластинку! Успех принесла урано-калиевая соль. Точно такую же логическую ошибку совершил он с самого начала:

у Рентгена была флюоресценция — значит, флюоресценция порождает Х-лучи.

Но потому-то и неисповедимы пути познания, что на этих путях даже ошибки порою приводят к великим открытиям. Существенно, чтобы ошибки побуждали не к бездеятельности, а к исканиям.

Анри Беккерель оказался скверным пророком, но был пре­красным экспериментатором. Принято говорить, что ему, как Рентгену, помог случай. Но справедливей другое: ему помогло упорство в заблуждении! Он просто не мог не дойти до урано­вых солей.

Остальное многократно описано. В следующий понедельник Парижская академия снова слушала сообщение Беккереля.

Заседание 2 марта 1896 г.

...Я особенно настаиваю на следующем факте, кажущемся мне весьма многозначительным... Те же кристаллы, содержащиеся в темноте, в условиях, когда возникновение радиации под действием солнечного света исключается, дают тем не менее фотографические отпе­чатки. В среду 26-го и в четверг 27 февраля 1896 г. солнце появлялось лишь с большими перерывами. Я от­ложил совсем подготовленные опыты и, не трогая кри­сталлов соли урана, установил кассеты в ящике стола — в темноте. В следующие дни солнце не появлялось вовсе, но, проявив пластинки 1 марта, я обнаружил на них совершенно отчетливые контуры.

Веккерель вынужден был, наконец, задать себе простей­ший вопрос: чем отличается загадочно излучающее вещество от всех остальных фосфоресцирующих веществ, испытанных прежде? Ответ был короток: присутствием атомов .урана!


Данин


113




На два с лишним месяца физик превратился в химика. На его лабораторном столе перебывали все известные соеди­нения урана во всех видах — «обладающие и не обладающие фосфоресценцией, кристаллизующиеся, расплавленные или на­ходящиеся в растворе». На счастье, именно в это время из­вестный химик — тезка и ровесник Беккереля — Анри Муассан разрабатывал метод получения чистого урана. В мае Беккерель смог положить на черный пакетик с пластинкой металлический урановый диск.

Это была лучшая из непонятных фотографий.

(Максвелл был прав: не надо «отговаривать человека от попытки провести тот или другой эксперимент. Если он не найдет того, что ищет, он, может быть, откроет нечто иное». Вероятно, в случае с Беккерелем физике всего более повезло, что он был академиком и собственным руководителем: некому было отговаривать его от бесплодных опытов.)

Радиационная активность урана скоро получила название радиоактивности. О ней заговорили как о таинственном явле­нии природы не только популяризаторы науки, но и сами ученые. Всего таинственней была неистощимость этой радиа­ции. Проходили день, два, неделя, месяц, а способность урана или его соединений испускать невидимые лучи отнюдь не убывала. А между тем не могло быть сомнений, что урановое излучение несет с собою энергию: об этом свидетельствовали засвеченные пластинки. Казалось непонятным, откуда эта не­иссякающая энергия берется.

Столь же таинственным было и другое: интенсивность этой радиации нельзя было ни уменьшить, ни увеличить. Этот кран нельзя было ни прикрутить, ни отвернуть посильнее. Никакие лабораторные средства тут не годились: уран оставал­ся равнодушным и к нагреванию, и к охлаждению, и к элек­трическим полям, и к магнитным, и к механическому давле­нию, и к химическим превращениям... С невиданным постоян­ством он продолжал излучать свою невидимую радиацию!

Много лет спустя ' соотечественник Беккереля Луи де Бройль сказал: «Все физики поняли важность этого открытия, но весьма немногим, конечно, интуиция подсказала, что оно позволит нам проникнуть в наиболее сокровенные части ве­щества, в сердце атома, которое мы называем сегодня ядром...»

Эти слова нуждаются в поправке и дополнении.

Поправка. Когда ученые через десятилетия оглядываются на прожитое, год или два теряют существенное значение для общей картины истории. Но когда история еще творится, каж­дый месяц у нее на счету. В 1896 году Беккерель едва ли

114

согласился бы с мнением, что все физики поняли важность его открытия. Это мог бы сказать о своей находке Рентген, но не Беккерель. Х-лучи немедленно породили все нарастающую вол­ну новых исследований. С лучами урана этого не случилось. Всю весну, лето, осень, зиму и новую весну 1897 года фран­цузский академик продолжал в одиночестве заниматься изу­чением урановой радиации. Физик Альфред Ромер объяснил это так: «Лучи Беккереля, поскольку они не давали снимков костей, не были столь заманчивы, как рентгеновы...» Норман Фезер рассудил, по-видимому, точнее: «Только тому, что по­давляющее .большинство физиков было целиком поглощено ра­ботой над открытием Рентгена,' можно приписать тот факт, что Беккерель в течение года с лишним оставался практически единственным исследователем в равно обещающей области на­учных исканий».

Мария Склодовская еще занималась изучением ферромаг­нетизма в лаборатории Пьера Кюри. Они оба приступили к своим эпохальным работам по радиоактивности только в конце 1897 года.

На несколько месяцев раньше впервые взял в руки ура­новую соль Эрнст Резерфорд. И с этим связано коротенькое дополнение к словам де Бройля. Именно Резерфорду совсем скоро предстояло стать во главе тех «весьма немногих», чьей интуиции тут открылся путь в глубины вещества — «в сердце атома».

Итак, рентгеновы лучи уже сделали в Париже неоценимое историческое дело. «Беда никогда не приходит одна», — пошу­тил Дж. Дж. Томсон. Можно продолжить его шутку: беды не ходят и ларами — «третью беду» принесла физике стараниями самого Томсона Кавендишевская лаборатория.

Новогоднее послание Рентгена произвело в Кембридже впе­чатление столь же сильное, что и в. Париже. И первая реакция Томсона была не оригинальна: надо прежде всего сполна испы­тать «совсем особого рода удовольствие», какое испытал вюрц-бургский профессор. Эбенизер Эверетт получил ясное задание. Один пункт в этом задании носил характер отнюдь не физиче­ский: следовало раздобыть лягушку с прибрежных низин на Кеме.

Вскоре рентгеновский снимок этой счастливой лягушки пе­ресек два океана и лег на дощатый стол в Пунгареху, сви­детельствуя перед лицом мастера Джемса и учительницы

115

Марты, что сын их Эрнст занимается в Кавендише необычай­ными вещами.

А в Кавендише, потешившись прекрасными анатомиче­скими снимками, сразу приступили к изучению физики рентге-новых лучей. Эрнст на маорийский лад объяснял Мэри:

«Теперь едва ли не каждый профессор в Европе уже ступил на тропу войны!» В этом соревновании исследовательское чутье Дж. Дж. и одна его старая научная привязанность пове­ли - Кавендишевскую лабораторию по самому многообещающе­му пути.

В старости, подводя итоги, Дж. Дж. с улыбкой вспоминал, что в его сознательной жизни не было такого периода, когда бы он с большей или меньшей страстью не предавался изу­чению электрических явлений в газах. Это было как наважде­ние. И в те же дни, когда Анри Беккерель, внимая «голосу крови», весь отдавался своей наследственной приверженности к фосфоресценции, Дж. Дж. почувствовал, что не сможет спокойно жить, пока не узнает„-окажут ли Х-лучи какое-нибудь влияние на электрические свойства вещества в газообразном состоянии.

28 января 1896 года он впервые подверг рентгеновскому облучению сосуд с газом. И вместе с рисёрч-стьюдентом Мак-Клелландом наблюдал желанный эффект: нейтральный газ под действием Х-лучей становился на короткое время проводником электричества.

Собственно, больше ничего и не случилось. Сущая малость.

Но эта малость была настолько важна, что кембриджец Эпплтон впоследствии сравнивал происшедшее с прорывом фронта. В подтверждение своей правоты он ссылался на мне­ние Резерфорда. А Резерфорд говорил, что то было началом «периода пионерского продвижения вперед по необжитой и пло­дородной стране, когда день за днем поднимались целинные земли, когда открытие за открытием следовали стремительной чередой».

Томсон повел в этот поход лучшие силы Кавендишевской лаборатории и прежде всего своих-молодых, полных энтузиазма докторантов. И хотя он видел, как много времени отнимает у Резерфорда магнитный детектор, и знал, что новозеландцу в его ночных экспериментах приходится прибегать к помощи Таунсенда и Мак-Клелланда, и понимал, что вдобавок свобод­ные часы уходят у него на репетиторство, он все-таки уже в марте предложил ему совместную работу по новой теме.

Он спещил. Он был увлечен неожиданно открывшимися перспективами. И верил, что Резерфордово уменье идти «прямо

116

к самому сердцу проблемы» поможет и ему, Томсону, быстрее добраться до сути дела. А влекла его забрезжившая надежда раскрыть, наконец, физический механизм электропроводности газов.

Благодаря Х-лучам эта надежда стала реальной. Появился легкий и безотказный способ простым облучением делать газ проводником электричества и снимать эту проводимость, пре­кращая облучение. Таково было исходное утверждение, с ко­торого начиналась первая совместная работа Томсона и Резер­форда.

Позже эту работу стали называть эпохальной. На пятнадца­ти страницах журнальной статьи была экспериментально и теоретически обрисована правдоподобная картина процессов, происходящих в газе, когда он становится проводником элек­тричества. Даже сегодня авторитеты признают, что та картина была «во всех существенных деталях совершенно корректной».

Но что же тут могло быть эпохального? О каком пионер­ском походе по какой незнаемой земле мог говорить Резерфорд, любивший иронию больше торжественного пафоса? Электро­проводность газов... Разве не была это всего лишь частная физическая проблема — одна из тысяч?

Внешне так оно, конечно, и выглядело. Но в сердце этой проблемы лежало устройство молекул и атомов. Вот куда вел открывшийся путь! А потому и любые громкие слова были тут уместны. И легко понять, почему в октябре 96-го года Эрнст шутливо предупредил Мэри, чтобы она не удивлялась, если однажды утром узнает из каблограммы какую-нибудь ог­лушительную новость.

Картина электропроводности представилась Томсону и Ре-зерфорду в очень простой схеме.

...В нейтральном газе появляются носители заря дов — положительных и отрицательных. Они появляются обязательно в равных количествах. Под влиянием элект-• рического поля положительные движутся к отрицатель­ному электроду, отрицательные — к положительному. Прибор регистрирует возникновение тока. Прежде нейт­ральный газ становится проводником. Противоположно заряженные носители, встречаясь в пути, могут взаимно нейтрализоваться.

Томсон дал убедительную и несложную математическую теорию этих физических событий. Резерфорд с такой же убеди­тельностью и простотой обосновал эту картину эксперимен­тально. Дж. Дж. не обманулся в своих ожиданиях. «Резерфорд

117

разработал весьма остроумные методы измерения... и получил очень ценные результаты...» — рассказывал позже Томсон.

Измерению подлежало все, что можно было измерить: на­чиная с силы тока и кончая скоростью движения заряженных частиц. На опыте можно было наблюдать зависимость хода событий от времени, ог интенсивности облучения, от природы газа... Всякое изменение условий требовало новой серии опы­тов. И с каждой серией связывалось одно и то же ожидание:

окажется ли и в этом случае справедливой теория? Не обнару­жится ли вдруг, что в облученном водороде происходит одно, а в парах ртути — другое? Сомнений было больше, чем можно здесь перечислить без риска погрузиться с головой в томящее однообразие подобных лабораторных исследований — нескон­чаемых и равномерно напряженных, как путь по кочковатой тропе через необозримое болото... (Со стороны — монотонная скука. Но для идущего -дорога полна незнаемого. И потому каждый шаг — испытание зоркости и силы.)

Всю весну и лето 96-го года, до самого Ливерпуля, Ре-зерфорд делил свое время и озабоченность между третьим и первым этажами Кавендиша. В маленькой комнате наверху его ждал магнитный детектор. В профессорском кабинете Томсона — рентгеновские трубки.

Теперь эта тихая комната с трехстворчатым окном, где он впервые встретился со «стариком Томсоном», перестала быть уединенной. Верный Эверетт безуспешно оберегал обитель ше­фа от вторжений рисёрч-стьюдентов. Он пытался, как расска­зывает Рэлей-младший, заключить с. молодыми учеными соглашение, по которому лаборатория Дж. Дж. получила бы статут «частной комнаты». Из этого ничего не вышло. Рисёрч-стьюденты являлись в кабинет профессора, когда им заблаго­рассудится. То приходили советоваться, то приходили спорить. Чаще всего советоваться и значило — спорить. Томсону до ста­рости было еще далеко, и он в те годы не предпочитал оди­ночества, как то случилось впоследствии. Когда вопрос ставил его в тупик, он признавался без обиняков: «Я не знаю, как на это ответить». И ответ начинали искать сообща. Дуэльная атмосфера внезапно разгоравшихся дискуссий всем напоминала студенческие годы. И молодила даже молодых.

Резерфорд не любил усаживаться за стол для долгих науч­ных говорений. Кембриджцы открыли в нем черту, которой еще не заметили новозеландцы: нетерпеливость. Он словно начал торопить себя и события. Он спорил на ходу. Спорил, не пре­рывая возни с экспериментальной установкой. И только посто­роннему могла почудиться невежливость в том, как отвечал он

118

Томсону, не поднимая головы и словно -защищая свои сужде­ния широкой спиной и крутыми плечами. Что-то заставляло с безусловным доверием относиться к его суждениям. Однако вовсе не всегда бывал он прав. И в ту молодую пору с ним еще легко было не соглашаться: он умел не настаивать на своих заблуждениях только оттого, что это были его заблуж­дения. И даже если его союзником в споре оказывался Томсон, а противником, скажем, Таунсенд, он без труда становился на точку зрения последнего, как только обнаруживалось, что на стороне Таунсенда авторитет фактов.

Рэлей-младший вспоминал, как наивны и неверны были первоначальные представления Томсона и Резерфорда о пере­носчиках зарядов в облученном газе. Один из ранних опытов направил их мысль по ложному пути.

В трубке с газом они поместили между электродами тампон из стеклянной ваты. Для молекул газа он не был препоной. А для заряженных частиц, возникающих при облучении? Еще ничего не зная достоверного об их происхождении и раз­мерах, Томсон и Резерфорд решили проверить, пройдут ли эти частицы через столь тонкий фильтр. Не прошли!

Дж. Дж. и Резерфорд сделали поспешный, хотя на первый взгляд и единственно логичный вывод: значит, переносчики за­рядов сравнимы по величине с частичками пыли и табачного дыма, которые тоже застревают в канальцах этого фильтра. Таунсенду с самого начала такое предположение показалось невероятным.