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

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Старая сказка о Золотой рыбке на новый лад, 47.62kb.
• Лек­ция №2 элек­Т­ричес­кие сиг­НА­лы ин­ТЕ­граль­ных ми­К­РО­схем, 64.56kb.
• Этот старый Новый год!, 113.66kb.
• На маршруте «От Николая до Иордана» новогодний тур для детей и взрослых восточный экспресс, 106.11kb.
• * Законный представитель, 30.63kb.
• Изо­бре­те­ние элек­три­че­ской свар­ки, 31.46kb.
• Московский новый юридический институт мировая экономика контрольные вопросы по курсу, 55.8kb.
• Листок нетрудоспособности. Заполняем новый бланк проверка заполнения больничного листка, 216.67kb.
• Новый год в индии: золотой треугольник + гоа, 215.15kb.
• Сказки "золотой клетки", 811.87kb.

Он выдвинул другое объяснение: носители заря­дов так малы, что свободно движутся через пустоты в вате, но в отличие от нейтральных молекул они прилипают к стенкам узкого лабиринта... Возник спор. И длился он не один день.

А его исход был крайне существен. Если бы Томсон и Резерфорд продолжали настаивать на своем убеждении, как перешли бы они к представлению, что носители зарядов — об­ломки молекул?

Но настал час, когда во время очередной дискуссии Резер­форд вдруг поднял голову от приборов, выпрямился, во весь свой немалый рост и внимательно посмотрел на ирландца.

— Силй! Кажется, ты прав... — сказал он.

— Да, разумеется, он прав... — обрадованно согласился Дж. Дж., точно только и ждал такого оборота дела.

(Может быть, они признали правоту Таунсенда в обратной последовательности: сначала — старший, потом — младший. Существенно, что со своим заблуждением они расстались легко и безоговорочно.)

119

Их совместная работа «О прохождении электричества че­рез газы, подвергнутые действию рентгеновых лучей» была опубликована в ноябре' 1896 года лондонским «Philosophical Magazine». Но британские физики уже знали эту работу; дву­мя месяцами раньше она была зачитана перед секцией А Бри­танской ассоциации на Ливерпульском конгрессе — в самом его начале. И когда в конце конгресса Эрнст демонстрировал свой магнитный детектор, было уже известно, что «это тот именно Резерфорд, который вместе с Томсоном...». Их работа стала первой ласточкой, сумевшей сделать весну. Точно вскры­лась река: из Кавендишевской лаборатории устремился в на­учные журналы Англии поток статей. За три года с небольшим 104 исследования в новой области!

В те последние годы века с изучения электропроводности газов начали свой блестящий путь в науке одареннейшие из рисёрч-стьюдентов поколения Резерфорда, навсегда оставшиеся его близкими друзьями.

Для Поля Ланжевена тогда началась подготовка к его из­вестной докторской диссертации «Исследования в области ио­низации газов».

Джон Сили Эдвард Таунсенд весь погрузился тогда в раз­работку проблем газового разряда. Потом более полувека за-. нимался он этой темой. С нею были связаны все его успехи и мировая известность.

Чарльз Томсон Рис Вильсон в ту именно пору приступил к лабораторному изучению туманов. Он обнаружил явление конденсации паров на электрически заряженных частицах. Его детищем стала знаменитая туманная камера Вильсона.

• В пионерской работе 96-го года Томсон и Резерфорд назы­вали носителей зарядов громоздким термином — conducting particles (проводящие частицы). Старое, уже бытовавшее в- фи­зике слово «ион» заменило этот термин позднее, когда появи­лась следующая — совершенно самостоятельная — работа Ре­зерфорда. Целая главка называлась в ней «Скорость ионов».

Этим-то исследованием и занимался Эрнст, когда писал Мэри, что им владеют большие замыслы и каждый вечер он должен обдумывать программу действий на следующий день. Ему не терпелось добыть новые результаты, пока Дж. Дж. после Ливерпуля путешествовал по Америке. Его подхлестывал оптимизм. Его подстегивало честолюбие. Ему очень хотелось,

120

чтобы профессор был приятно удивлен... И в ноябре вернув­шийся из-за океана Дж. Дж. в самом деле увидел в успехах Резерфорда существенное продвижение вперед. Резерфорду удалось установить прямую зависимость между степенью по­глощения рентгеновых лучей и величиною тока, возникающего при этом в газе.

Работа была окончена на исходе декабря, и в начале но­вого, 1897 года Томсон препроводил ее в редакцию «Philosophi­cal magazine» со своим кратким, но очень многозначительным послесловием. Он утверждал, что найденная м-ром Резерфор-дом закономерность заставляет видеть глубокое сходство меж­ду светом и лучами Рентгена. Эти лучи тоже поток электро­магнитных волн или импульсов. Томсон говорил о них на классическом фарадеевском языке «силовых трубок» совершен­но так же, как в наши дни физики говорят об электромагнит­ном излучении на планко-эйнштейновском языке квантов-фо­тонов. Заметим: шел 1897 год, до появления квантовой теории должно было пройти еще три года. Но из той работы Резер­форда Томсон сделал вывод, в котором звучит сегодня пред­восхищение идеи Планка о неделимых «порциях энергии».

В этом легко убедиться. Он писал так:

Разложение одной молекулы, или образование од-; ного положительного и одного отрицательного ионов, всегда сопровождается выходом из игры в точности од­ной силовой трубки из всего их множества, формирую­щего поток рентгеновых лучей.

Сегодня физик сказал бы: происходит ионизация молеку­лы за счет энергии рентгеновского кванта или фотона. •

«Интенсивность лучей Рентгена пропорциональна числу си­ловых трубок Фарадея... — так может быть выражен резуль­тат, полученный м-ром Резерфордом», — написал в заключи­тельной фразе Дж. Дж.

Словом, когда близятся революционные бури, их провозвест­ники появляются задолго до решающего дня, но удостаиваются внимания «после бала». Эта статья и это послесловие увидели свет в апреле 1897 года — в дни, ставшие для физики исто­рическими по другой причине.

Всю ту зиму — свою вторую кембриджскую зиму — Ре­зерфорд работал самостоятельно. Он и Томсон разрабатывали разные темы. Но предмет исследований у обоих оставался од­ним и тем же: носители зарядов в газах — ионы!

Слово это действительно было уже старым— старше не

121

только Резерфорда, но и Дж. Дж. Оно было рождено еще в 30-х годах XIX века живой предметностью фарадеевского во­ображения: «странниками» (ионами) Фарадей окрестил перенос­чиков электричества в гальванических элементах. Был этот термин поначалу только художественным образом, как боль­шинство научных терминов. Ионы странствовали в проводящих жидкостях и перетаскивали заряды к электродам. Мысль ка-вендишевцев, что для газов природа не позаботилась приду­мать что-нибудь новенькое, была не бедной, а глубоко содер­жательной: за нею стояла все та же убежденность в единстве природы, какую исповедовал Фарадей.

Резерфорд с его стремлением наглядно представлять себе происходящее мысленно общался с этими невидимыми иона­ми-странниками, как с крошечными, но вполне реальными существами. Он молча беседовал с ними, обсуждая варианты их поведения, как маорийцы беседовали с ветрами и рыбами в океане. А. С. Ив вспоминал, как Резерфорд однажды сказал ему: «Ионы — это веселые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию».

Той зимой он изучал способность ионов воссоединяться в нейтральные молекулы или рекомбинироваться, как повелось с тех пор говорить в физике. А Томсон занимался не столько поведением ионов, сколько ими самими: их малостью — мас­сой, их веселостью — зарядом. Короче: он исследовал величи­ну отношения заряда ионов к их массе. И эти-то поиски при­вели его в апреле 1897 года к историческому открытию. То был его звездный час.

Если бы в событиях, происходивших тогда на первом эта­же Кавендиша, молодой Резерфорд принимал прямое участие, здесь следовало бы все описать подробно. Но хотя он и сыграл существенную роль в открытии электрона, была она все же только косвенной. А потому нам достаточно лишь в двух сло­вах обрисовать идею экспериментов Дж. Дж. Томсона.

...Заряженные .частицы, летящие в пустоте, можно отклонять от прямолинейного пути двумя способами:

действием электрического поля и действием поля маг­нитного. Чем больше заряд и меньше масса частицы, тем заметнее отклонение в обоих случаях. Другими сло­вами, оно всякий раз зависит от отношения массы час­тицы к ее заряду. Из серий экспериментов с разными ионами, несущими одинаковые заряды, можно узнать, насколько одни обломки молекул массивнее других.

Обломки молекул... Следовало ожидать, что они будут со­измеримы с атомами. Самый легкий из них — атом водорода. Таков же и самый легкий из положительных ионов. Но в опы-

122

тах с частицами, заряженными отрицательно, обнаружилось нечто неожиданное. Настолько неожиданное, что смущенный Томсон стал на разные лады проверять отношение массы этих частиц к их заряду. Когда-то в молодости изучавший ка­тодные лучи, он теперь снова к ним обратился. Рассматривая их как поток отрицательно заряженных телец, он захотел узнать, а каково там отношение массы к заряду. Он вспомнил и об отрицательно заряженных тельцах, испускаемых горячими металлами. Словом, он повел исследование разными методами в разных направлениях и был сполна вознагражден необычай­ностью открывшегося.

Всякий раз он убеждался, что частицы, несущие отрица­тельный заряд, по меньшей мере в 1000 раз легче легчайшего атома. Впоследствии, уже в XX веке, было установлено, что масса электрона примерно в 1837 раз меньше массы водород­ного ядра — протона. Дж. Дж. Томсон прекрасно сознавал, что его измерения недостаточно точны. Он мог поручиться только за порядок полученных величин — 10, 100, 1000... Но для начала этого было довольно. Этого было довольно, чтобы изу­миться. Изумиться и понять, что в природе есть материальные сущности столь малые, что атомы по сравнению с ними ги­ганты.

Дабы отличить их от обычных ионов, Дж. Дж. назвал этих крошечных носителей отрицательного электричества «корпус­кулами». Уже существовавшее для обозначения единичного за­ряда слово «электрон» заменило «корпускулу» чуть позднее.

Драма идей науке вечно нова и вместе с тем порази­тельно однообразна. Результат исследований Томсона был оце­нен по достоинству вовсе не сразу. И не сразу было понято, что произошло первое открытие элементарной частицы мате­рии. В «Воспоминаниях и размышлениях» Томсона есть инте­ресное признание:

Я сделал первое сообщение о существовании этих корпускул-на вечернем заседании Королевского института в очередную пятницу 30 апреля 1897 года... Много вре­мени спустя один выдающийся физик, присутствовавший на моем докладе в Королевском институте, рассказал мне, что подумал тогда, будто я всем им нарочно морочу голову *. Я не был этим удивлен, ибо и сам пришел к такому объяснению своих экспериментов с большой неохотой; и лишь убедившись, что от данных опыта никуда не скрыться, я объявил о моей вере в сущест­вование тел меньших, чем атомы.

* По-английсни это звучит еще выразительней: pulling their lags «дергаю их за ноги».

123

Так вот что показалось вначале неправдоподобным и Том-сону и многим его современникам: существование тел мень­ших, чем атомы! Трудно было бы выразиться яснее и проще. В такой ничем не осложненной форме смысл сомнений был доступен любому воображению. И любое воображение поражал. Дисциплинированное воображение физиков еще больше, чем простых смертных. Они-то, физики, точно знали, как неточно их знание самой атомной структуры вещества. А теперь им предлагалось поверить в реальность нового, субатомного ми­ра... Может быть, всего замечательней, что среди упорно не­верующих был тот, с кого началась эта «третья беда»: Виль­гельм Конрад Рентген. (До 1907 года — в течение десяти лет — он не признавал существования электрона.)

А Молодой Эрнст Резерфорд? А другие кавендишевцы? Пе­ред ними такой дилеммы — верить или не верить — вообще не возникало. В конце концов каждый из них вложил свою лепту в историческое открытие Дж. Дж. Еще начинающие ис­следователи, все они были тогда уже крупнейшими в мире специалистами «по ионам в газах». А каждый шаг вперед тре­бовал детального знания повадок и обычаев «веселых малы­шей». Оттого-то в биографии Томсона Рэлей-младший так писал об открытии электрона:

«Оно было проведено самим Дж. Дж. Томсоном на базе... работы Резерфорда по изучению скорости ионов».

Нам достаточно этого признания. Подробности не сущест­венны — они не были принципиальны.

Итак, годы 1895-й, 1896-й, 1897-й... Рентгеновы лучи; радиоактивность; электрон... XIX век кончался в атмосфере многообещающих научных новостей. В этой атмосфере окреп и созрел исследовательский дар молодого новозеландца, сумевшего так счастливо очутиться в самом центре революционных событий.

Не стоит утверждать, будто он отчетливо сознавал, какая глубокая революция зреет в физике. Да и кто в ту пору от­четливо сознавал это?! Десятки раз уже цитировались безза­ботные слова старого лорда Кельвина о чистом небе над го­ловою физиков и его пророческое добавление, что горизонт омрачают лишь два облачка: загадочность опыта Майкельсона и неразрешенность проблемы единого закона теплового излу­чения. С годами первое облачко принесло очистительную гро-

124

зу теории относительности, а второе разразилось бурей теории квантов. О третьем облачке — нерасщифрованности атома — не было и речи. Лорд Кельвин его не заметил, потому что это облачко только-только собиралось. У самой проблемы не было еще ясных очертаний.

Но в Кавендишевской лаборатории уже тянуло и этим гра­довым ветерком. И Резерфорд был из тех, кто ходил тогда по земле с ощущением, что ветер истории крепчает. Он шагал по средневековому Кембриджу, волнуемый предчувствиями, го­раздо более глубокими, чем те, какие одолевали его в Новой Зеландии, когда он рвался за океан.

Не прошло еще и двух лет, как появился он впервые на Фри Скул лэйн, а словно в далекое прошлое отошли те дни, когда его охватывало яростное желание станцевать военный танец маори на груди наглейшего из высокомерных кембридж­ских ассистентов. Теперь они были почтительны и услужливы. Он, этот провинциал из глухой колонии, оказался не так прост, как им почудилось вначале. Обманчивой оказалась внешность цивилизованного скотовода. Вдвойне обманчивой — ибо он не предпринимал ничего, чтобы выглядеть по-иному и прослыть интеллектуалом. Он не подражал кембриджским снобам. Не придумывал себя. Между тем многие местные знаменитости искали его общества — он чем-то импонировал им, что-то они в нем прозревали. Иным из них, может быть, всего только и хотелось заполучить на вечерок эту новозеландскую достопри­мечательность. А он был общителен и легок на подъем. Но «играть в него» нельзя было. Отлично понимая своим трез­вым фермерским умом пользу светских связей, и влиятельного покровительства, он, однако, высвобождался из этих связей и уходил от этого покровительства, едва только становилось ему не по себе. Тут заговаривали глубинные свойства его натуры, чуждые расчетливости: его гений, его интуиция, бескорыстие его честолюбивых помыслов. Когда ему не пришлась по вкусу болтовня у историка Браунинга, он постарался скорей от него улизнуть. Когда философ Мак-Тэггарт не сумел обольстить его своим гегельянством, он не стал притворяться заинтересован­ным. Когда астроном Болл начал сверх меры преувеличивать возможности его магнитного детектора, он не поддался соблаз­ну и устранился от ролиболловского протеже. Словом, был он сам по себе — недвоящийся, неделимый. И видимая простота его была на самом деле довольно мудреной. (Сродни простоте неделимого атома, оказавшегося при ближайшем рассмотрении сложным миром. И, как атом, он излучал энергию по своим нетривиальным законам.)

125

Он работал. Это было его главное занятие. Работал легко и неутомимо. Верил, что природа устроена просто. И полагал, что надо искать простые способы разоблачения этой осложнен­ной подробностями простоты. Он был полон собственных за­мыслов и не годился на роль рабочей лошади, на которой вы­езжают другие. Когда Томсон предложил ему совместное исследование электропроводности газов, кое-кому подумалось, что Дж. Дж. довольно ловко выбрал молодого новозеландца в напарники своему Эверетту. Но в этом ревнивом предполо­жении была только язвительность и не было проницательно­сти. Дж. Дж. искал не еще одного лабораторного помощника, а партнера — партнера, достойного темы! И скоро всем стало ясно: лучшего выбора он, пожалуй, сделать не мог...

А ему было из кого выбирать. Ни Максвелл, ни Рэлей-стар-ший не располагали в годы своего директорства такой велико­лепной командой, какая сплотилась вокруг третьего Кавенди-шевского профессора после нововведений 1895 года.

Слово «команда» звучит недостаточно респектабельно ря­дом с именами высокочтимых классиков прошлого века, да и Дж. Дж. Томсон, вероятно, поморщился бы, услышав это вы­ражение. Но атомный век не унаследовал у прошлого академи­ческой чопорности. И позже, когда Резерфорд стал профессо­ром в Манчестере, а потом в Кембридже, его рисёрч-стьюдентов бестрепетно называли и «мальчиками папы», и «командой», и «ватагой». И он не почувствовал бы смущения, если бы его самого назвали «тренером Международной сборной»... В те го­ды «кембриджской интерлюдии» он очень скоро стал центром нападения.

Незаурядная одаренность была общей чертой едва ли не всех томсоновских питомцев. И несомненно, у каждого были свои преимущества перед Резерфордом. Ланжевен был фи­лософски образованней. Си-Ти-Ар, как принято было имено­вать Вильсона, отличался неизмеримо большим долготерпением. Таунсенд был, вероятно, опытней. Мак-Клелланд, возможно, осторожней. Джон Зелени, быть может, спокойней и выносли­вей. Ричард сон — уверенный в себе. В общем не надо думать, что новозеландец в совершенной мере обладал всеми мысли­мыми добродетелями исследователя. Но одним и решающим качеством он заметно превосходил всех.

У него была дьявольская и бесстрашная интуиция.

Кроме новозеландского акцента и трудолюбия фермера-ко­лониста, он привез с собою из-за океана нечто воистину мао-рийское: первобытное чутье природы. Чутье охотника. Прони­цательность ведуна. Хватку землепроходца. Если бы жизнь не-

126

чаянно подстроила ему судьбу Маугли, он, право, выжил бы в диком лесу. И скоро, как Маугли, он говорил бы всему суще­му: «Мы с тобою одной крови, ты и я!»

Сила его разума заключалась не в способности к хитроум­ному анализу исходных данных — не в терпеливом и часто безнадежном переборе неисчислимых вариантов объяснения происходящего. Из него вышел бы скверный софист и посред­ственный стряпчий. Но он мог бы стать большим поэтом. «Дар тайновиденья тяжелый» — вот что было ему дано природой. Атомной физике и впрямь посчастливилось. Он прислушивался к неслышному — и слышал. Приглядывался к незримому — и видел. Его мысль шла путями простыми, даже очевидными. Но их простота и кажущаяся очевидность бросались в глаза уже потом, когда путь. был пройден. Тогда легко вскрывалась логика его решений. Задним числом. И оставалось удивлять­ся — почему до него не пришло никому на ум то же самое?!

В те первые кембриджские годы у него появился друг-австралиец — Эллиот Смит. Стипендиат из Сиднея, тоже ри-сёрч-стьюдент первого призыва, Смит не был, однако, кавенди-шевцем. Он занимался анатомией мозга и палеозоологией. У молодых друзей-однолеток не было общих интересов в науке. Что же их связывало? Оба пришли оттуда — из Антиподов. Было сродство душ и сходство судеб. «...Мы оба воспитыва­лись в диких краях...» Однажды, уже в более поздние годы, Резерфорд слушал палеозоологическую лекцию друга и удив­лялся, как удается исследователям по ничтожным останкам восстанавливать облик давно исчезнувших чудищ! После лек­ции, подтрунивая над Эллиотом, Резерфорд сказал: «Все, что нужно для полной реставрации гигантозавра, — это одна бер­цовая кость и сорок баррелей парижского пластыря».

Но Эллиот Смит мог бы ответить Эрнсту Резерфорду: «Да ведь и ты только то и делаешь, что по какой-нибудь микробер­цовой восстанавливаешь реальный образ атомного мира. Твой гипс — сорок баррелей интуиции». (Они любили вводить в раз­говор о тонких предметах вещный язык их фермерских пена­тов. Отводили душу.) И в духе этого вещного языка можно бы сказать, что закрома резерфордовской проницательности были полны. Чем дальше, тем весомей становилось его богат­ство. Тут скрывался источник и его безошибочного «чувства времени».

Нет, не надо преувеличивать: всей глубины революции, зреющей в физике, новозеландец отчетливо не сознавал. Но имеют ли смысл слова — «не надо преувеличивать»? Разве в работе человеческого мозга успехи логического осознания бо-

127

лее достойны удивления, чем интуитивные предчувствия?.. На рубеже двух столетий Резерфорд не столько понял, сколько предугадал будущее физики. Точнее, увидел кратчайший путь в ее атомное будущее.

За такие достижения не ставят отметок, не дают стипендий, не присуждают степеней. Но, право же, это было высшее до­стижение интуиции рисёрч-стьюдента Резерфорда. Оно было важнее всех его лабораторных успехов.

Что же произошло?

В мае 1897 года на всех этажах Кавендиша спорили о «четвертом состоянии материи».

Это неожиданное определение еще в 1879 году придумал Крукс для катодных лучей, а теперь Дж. Дж. этими же сло­вами заговорил о корпускулах-электронах. Он хотел лишь одно­го: принципиально отличить их от любых атомов и молекул. Три издавна известных состояния — газообразное, жидкое, твердое — создаются большими скоплениями всевозможных по ,массе частиц. А масса корпускул-электронов — всегда одна и та же. Она не зависит от природы вещества, подвергшегося ионизации. Да и вообще неважно, в результате какого процес­са появляются потоки этих частиц. Томсоновская мысль о чет­вертом состоянии материи вела к догадке: а не потому ли кор­пускулы-электроны совершенно идентичны всегда и везде, что они являются, быть может, обязательной деталькой в струк­туре любых атомов?

Сколько идей — трезвых и сумасбродных — вызвало в го­ловах кавендишевцев открытие их шефа! В те дни не раз оживали в памяти новозеландца шумные заседания студенче­ского Научного общества в Кентерберийском колледже с их «язвой необузданных спекуляций». К сожалению, однако, об этом можно только догадываться. Дело в том, что нет резер-фордовских писем, относящихся к весне и лету 1897 года.

С его письмами в Пунгареху случилась беда. Ко времени смерти Марты Резерфорд их накопилось за сорок лет, с 1895 по 1935 год, превеликое множество. Когда она умерла, кто-то опубликовал в новозеландских газетах двенадцать писем ее знаменитого сына. Согласия Резерфорда. не спросили. А ему это понравиться не могло. Ни то, что не спросили, ни то, что выставили напоказ нечто давнее, глубоко личное и дорогое из его частной жизни. Вся независимость его характера воспро­тивилась этому. Он не одобрил публикации. Больше того: по­требовал, чтобы ему переслали в Англию все его письма к по-