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

Вид материала

Документы

Содержание Но почему же только День Земли? Разве их плаванье не подошло к концу и они еще не высадились на берег? 14 35. Герб лорда Резер-форда оф Нельсон. 1931. (Крест на щите образо­ван экспонентами радио­активного распада.] 16 Д. Данин 225

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.

222 •

мов нитрата разделили на две равные порции, и оба независи­мых измерения провели в одинаковых условиях.

Предвиденное сбылось: через 3 часа — '/зо, через 24 — '/б...

Вот тогда-то и наступил день, когда с мачты раздался сры­вающийся голос матроса — «Земля!», а сам адмирал не очень этому удивился.

Я почувствовал, как колотится мое сердце, и, словно уносимый некоей силой, действующей извне, услышал со стороны, как произношу невероятные слова: «Резерфорд, это превращение элементов!»

Так через пятьдесят с лишним лет старый профессор в от­ставке Фредерик Содди рассказывал о том историческом собы­тии своему биографу. Он возвращался к этому воспоминанию не раз. В старости оно с прежней силой будоражило его неког­да потрясенное сознание. Есть вариант его рассказа:

...Я был Переполнен чем-то большим, нежели ра­дость, — не могу выразить это достаточно хорошо, — но то был своего рода восторг, смешанный с несомненным чувством гордости, что из всех химиков всех времен именно я был избран для того, чтобы открыть естествен­ное превращение элементов.

Мне припоминается довольно отчетливо, как стоя, словно прикованный к месту и ошеломленный важностью случившегося, я выпалил:

«Резерфорд, это трансмутация...»

Вещая фраза молодого Содди была длинней, и в ответ он услышал великолепную реплику Резерфорда. Но об этом чуть ниже. А пока надо заметить, что невозможно с точностью ус­тановить дату крушения старой атомистики. Одно бесспорно:

так же как и День птиц, был в этом эпохальном исследовании Резерфорда и Содди свой День Земли. И вероятней всего, слу­чился он в феврале 1902 года — через пять-шесть недель по­сле памятных рождественских каникул. Будь период полурас­пада тория-Х в два раза короче. День Земли наступил бы для наших Колумбов раньше — в январе.

Но почему же только День Земли? Разве их плаванье не подошло к концу и они еще не высадились на берег?

14

Многое оставалось неясным. И прежде всего, как это ни смешно, вовсе еще не было доказано, что в препаратах тория действительно имеет место превращение элементов. Может

223

быть, все-таки прав Беккерель и рождение тория-Х, как и рож­дение урана-Х, только своеобразный молекулярно-химический процесс? Даже и не очень-то своеобразный; течение многих хи­мических реакций тоже подчиняется закону экспоненты!

Уже твердо зная, что по энергетическим соображениям нель­зя химически объяснить радиоактивность, Резерфорд и Содди решили экспериментально поставить все точки над «и».

Скорость одной и той же химической реакции заметно ме­няется с изменением физических условий ее протекания. И это понятно: химическая реакция — результат взаимодействия ато­мов и молекул, а такие взаимодействия могут происходить ча­ще или реже — в зависимости от обстоятельств. Нагревание ускоряет процесс. Охлаждение — замедляет.

Содди заставил ториевы препараты пройти сквозь огонь и воду и медные трубы. (Почти буквально!) Может показаться, что это было топтаньем на месте. Давно уже стало известно:

никакими внешними воздействиями нельзя ни усилить, ни ос­лабить поток радиоактивного излучения. Здесь, в Монреале, два года назад в этом убедился на примере эманации Резерфорд. Однако теперь речь шла о другом.

Теперь исследовался процесс появления на свет не излуче­ния, а излучателя — самого радиоактивного вещества. И никто еще не знал, что новый излучатель рождается именно в акте излучения! Думалось: это два разных процесса• — связанных между собой, но разных. Резерфорду и Содди только еще предстояло поставить тут великий знак равенства. Это произо­шло позже — летом 1902 года. Вот тогда-то они и высадились на берег, действительно закончив историческое плаванье.

А пока Содди растворял, высушивал, нагревал, заморажи­вал, кристаллизовал, прокаливал ториевы препараты, чтобы доказать: скорость процессов рождения и умирания тория-Х ни, от чего не зависит. Эта скорость и вправду оставалась неизмен­ной. И стало ясно, что тут никакой роли не играет частота столкновений — взаимодействий — атомов и молекул. Собы­тия разыгрываются где-то во внутреннем мире каждого атома. Обстановка за его пределами не существенна.

Итак, можно было надежно утверждать: торий-Х — плод внутриатомных превращений. Это новый элемент, возникаю­щий всюду, где присутствует торий.

Работая над второй статьей для «Трудов Химического об­щества» Англии, Резерфорд и Содди по-новому — прозревши­ми глазами — взглянули на весь пройденный путь.

С чего он начался и когда? С эманации — в 1899 году. Такие же экспоненты, как для тория и тория-Х, Резерфорд ло-

224



9. Группа первых докторантов [resaarch-studentse] Дж. Дж. Томсона в Кавендишевской лаборатории. Кембридж. 1898. Сидят (слева направо): Мак-Клелланд, Чайлд, Поль Ланжевен, Дж. Дж. Томсон, Дж. Зелени, Уилловс, Г. Вильсон, Дж. С. Таунсенд.

Стоят: Уэйд, Шекспир, Ч. Т. Р. Вильсон, О. Ричардсон, Эрнст Резерфорд, Генри Крэйг, Гендерсон, Винцент, Брайян.


34. Пародийный щит президента Британской Ассоциации. 1923. •;



лучил тогда впервые для эманации и возбужденной радиоак­тивности. Равновесие устанавливалось и между этими радиоак­тивными веществами. Их неуловимость помешала обследовать замечательное явление с достаточной полнотой. Но теперь-то все прояснилось.

Вытянулась целая цепь атомных превращений.

Каждому сопутствовало испускание энергии. Рождались не обычные, а излучающие атомы.

Обычными казались в этой цепи атомы лишь тория, с ко­торых все начиналось. Они казались обычными потому, что монреальцы, сумев отделить торий-Х, приписали ему всю радио­активность ториевых соединений. А на самом деле он уносил с собою только большую часть активности тория, но отнюдь не всю. Резерфорд и Содди это видели. Больше того — это их смущало. Но они полагали, что объяснение для такой неотде­ляемой радиоактивности позже найдется. Они даже построили две малоправдоподобные гипотезы (но не настаивали на них).

Между тем именно этот пункт ввел их в заблуждение. При­стать к уже открывшемуся берегу оказалось не так легко, как это позже думалось Расселу.

Если торий совсем лишен активности, естественно было предположить: излучению должно предшествовать превращение .элементов. Атомы тория перестраиваются в атомы •гория-X и отдают им весь громадный запас своей избыточной энергии. Атомы тория-Х часть ее излучают. Потом они перестраиваются в атомы эманации, завещая им еще не .растраченную часть энергии тория. Атомы эманации излучают долю этой части. А потом дают жизнь атомам «Е. R.». Эти последние тоже'не обездолены энергией — им достается в наследство от эмана­ции все, что она не сумела излучить. Потому-то и эти атомы радиоактивны. Возможно, цепь превращений тут не обрывает­ся и возникает еще один излучатель, пока, правда, не обнару­женный. Каждый излучатель в этой цепи теряет предназначен­ную ему долю энергии тория со своей скоростью. Так, атому эманации нужна всего одна минута, чтобы излучить половину того, что он вообще способен излучить, а атому тория-Х на это требуется четыре дня.

Словом, радиоактивность представилась Резерфорду и Сод­ди в виде некоего процесса постепенного истечения избыточной энергии из каждого атома, пережившего по неизвестной причи­не внутреннюю перестройку.

Совершенно уверенные в своей правоте и равно взволно­ванные решением проблемы, еще никому не давшейся в руки,

они быстро закончили вторую статью под тем же скромным за­главием, что и первая, — «Радиоактивность соединений тория». Но в подзаголовке они уже позволили себе громкую ноту, «Причина и природа радиоактивности», — начертали они.

И снова зимняя почта унесла из Монреаля в Англию важ­ные научные новости. И снова вместе с рукописью статьи уш­ло в Лондон письмо Резерфорда Круксу. Он просил у сэра Вильяма помощи, как сообщник: надо заставить редакцию «Тру­дов Химического общества» опубликовать эту работу тотчас,

Она действительно появилась в печати уже в апреле. И на­верняка произвела бы неотразимое впечатление на физиков всего мира, если бы физики всего мира хоть изредка загляды­вали в журналы химиков. (В апреле следующего года — 1903-го — Резерфорду пришлось обратиться в редакцию «Philosophical magazine» с полемическим письмом по поводу ряда неосновательных утверждений Беккереля и Пьера Кюри. Это издание физики всегда читали. В споре с Кюри речь шла о вещественной природе эманации радия и тория. И кроме все­го прочего, Резерфорд вынужден был упрекнуть Пьера Кюри за то, что тот, «очевидно, не заметил недавнего сообщения» Резерфорда и Содди о сжижении эманации. А сообщение это было опубликовано в одном известном химическом журнале!)

Но и -впрямь — нет худа без добра. Хотя до физиков Ев­ропы историческое исследование монреальцев дошло на полгода позже, зато оно досталось им в гораздо более совершенном ви­де, чем химикам. За это время Резерфорд и Содди успели ра­дикально улучшить свои теоретические представления. Связь между радиоактивностью и трансмутацией предстала в новом свете. И коллеги Резерфорда не подозревали, какое глубокое заблуждение пришлось преодолеть ему вместе с Содди, прежде чем окончательно оформилась теория радиоактивного распада.

Произошло это летом 1902 года.

Они занимались, казалось, чисто литературным трудом: со­чиняли для «Philosophical magazine» новый вариант уже опуб­ликованных статей. Теперь подзаголовок второй стал общим громким заглавием обеих: «Причина и природа радиоактивно­сти». Литературная работа не выглядела обременительной, и ед­ва ли оба автора ожидали, что в один прекрасный день на них снизойдет внезапное озарение.

«Был сезон затишья, — пишет Альфред Ромер, — занятия окончились, большинство старых экспериментов было сделано, а новые еще не начаты. Ученые хорошо поработали и теперь

226

отдыхали». Конечно, это было отдыхом: прохлада домашнего кабинета на улице Овятого семейства, лениво вытянутые ноги, чистые листы бумаги на столе, макдональдовский табак и трубка Содди (под защитой оправдания — «Но, Мэри, это Фре­дерик курит!» — можно было и самому тайком потягивать трубку), довольно мирное обсуждение однажды уже написанных фраз, включение в текст новых деталей, никаких споров и — никакой спешки... Откуда снизойти озарению? А оно снизошло. И разумеется, внезапно. Да нет, подозрительна эта вечная вне­запность: у нее всегда есть история — она только обнажает скрытую работу мысли, безучастной к каникулам и не дремлю­щей даже в часы праздности.

Им самим сначала показалось не слишком значительным то, к чему они вдруг пришли. «Взгляд, слегка отличный от преж­ней точки зрения... в некоторых отношениях предпочтите­лен», — так написали они в последней главке второй статьи. Но это «слегка» вело к глубоким последствиям.

Он решили: а что, если отбросить предположение, будто но­вый атом сперва рождается в недрах старого и лишь потом начинает постепенно излучать энергию? Есть иная возможность:

излучение сопутствует трансмутацйи! Испускание луча — сиг­нал о совершившемся акте превращения атома. Это одновре­менные события. И потому-то радиоактивное излучение состоит из всплесков радиации. Каждый всплеск — знак того, что один из атомов претерпел превращение.

Многое, казавшееся дотоле непонятным или случайным, получило закономерное объяснение. И прежде всего экспонен­та затухания радиоактивности.

Вот образец, скажем, тория-Х. Это скопление одинаковых атомов. Внутри каждого действуют одни и те же причины, вы­зывающие в конце концов его превращение в атом эманации. И каждый атом переживает свою судьбу совершенно независи­мо от других, иначе температура, давление и прочие внешние условия влияли бы на интенсивность излучения. Но если каж­дый атом претерпевает превращение сам по себе, то для этого процесса решительно неважно, сколько всего атомов участву­ет в игре. Важна только вероятность превращения. Опыт по­казывает: за четыре дня радиация тория-Х убывает наполови­ну. Что это значит? Только одно: свойства атомов тория-Х тако­вы, что на протяжении этого времени у каждого второго из них появляется шанс пережить перестройку — «дозреть до транс­мутации». Было, допустим, 200 миллиардов атомов. За четыре дня 100 миллиардов претерпят превращение. За следующие четыре дня каждый второй из оставшейся половины, в свой че-

15* 227

ред, переживет трансмутацию: излучение затухнет еще напо­ловину... Словом, убывающая геометрическая прогрессия—200. 100, 50, 25 миллиардов — тут возникает естественно. Каков бы ни был еще неизвестный механизм превращения атомов, статистический закон экспоненты появляется тут по необходи­мости, сам собой. А почему торию-Х требуется четыре дня нь то, на что эманации достаточно одной минуты, это уже дру­гой вопрос. Когда-нибудь физика на него ответит. Но не рань­ше, чем проникнет в самые глубины атомов...

Научные сочинения, как и литературные, обладают порой подтекстом. И когда это случается, из-за глухой стены безлич-jho объективных выкладок и выводов неожиданно доносится че­ловеческий голос самого исследователя. И становится «слыш­но» его умонастроение. Вот как заканчивалась еще в первом варианте историческая работа Резерфорда и Содди:

...Кажется, нет ничего безрассудного в надежде, что радиоактивность доставит средства получения информа­ции о процессах, совершающихся внутри химического атома.

Эту фразу, со всей ее не до конца подавленной эмоциональ­ностью, они сохранили и в рукописи для «Philosophical maga­zine». Материал новых умозаключений стократно .усилил ее звучание: теперь можно было выкинуть «кажется», настолько очевидно стало, что нет ничего безрассудного в высказанной .надежде.

15

Так произошло открытие естественного превращения эле­ментов.

Так возникла теория радиоактивного распада. Так пришел конец старой атомистике.

Подходит к концу и рассказ о великолепном сотрудничестве Резерфорда и Содди. Но окончание этого рассказа будет, к со­жалению, не таким вдохновляющим, как начало. (Впрочем, раз­ве не было и вначале малоприметных, но явственно темных черточек, предвещавших впоследствии дурную погоду?)

Для хроникальной полноты картины осталось досказать не­многое.

Совместное научное наследие Резерфорда и Содди не ис­черпывается двумя вариантами двух статей о радиоактивных каверзах тория и той маленькой заметкой, что ускользнула от

228

внимания Пьера Кюри. За их двойною подписью появились еще четыре работы. Они не содержали новых великих открытий. Но довольно и того, что в них на расширенном материале подтвер­ждалась «теория дезинтеграции материи». Все тот же «Philo­sophical magazine» без промедлений опубликовал и эти четыре работы. Две — в апреле, две — в мае 1903 года.

А Резерфорда и Содди в это время уже разделял океан.

В феврале оксфордец навсегда простился с Монреалем. Он отправился в Штаты, и оттуда — в Англию. Он увозил' с собою лучшие воспоминания о Мак-Гилле. Ему шел двадцать шестой год, и окружающие уже не принимали его за юнца. К по­лученной в Канаде научной степени магистра искусств он за­чем-то по-прежнему прибавлял свое гордое — «Оксоун». И хо­тя не сбылась его честолюбивая мечта о профессуре, жаловать­ся ему было не на что. Свершилось нечто несравненно боль­шее: он возвратился в Англию знаменитостью.

В превращении элементов еще сомневались научные авто­ритеты. Но не знали сомнений журналисты. С обычным своим энтузиазмом — восторженным, а потому иногда опрометчи­вым — они успели разнести по свету молву о беспримерном открытии двух канадцев. Трансмутация атомов сделалась до­бычей ежедневной прессы. И даже юмористических журналов! Это было равносильно диплому на всеобщее признание. Едва узнав, что Резерфорд собирается провести летние вакации в Европе, секретарь Королевского общества, старый кембриджец Джозеф Лармор написал в Монреаль: «Вы будете львом сезо­на для газет, которые стали радиоактивными». Он не упомя­нул Содди. Может быть, потому, что письмо было частным. Но. наверное, не только поэтому.

В научных сферах от Резерфорда уже привыкли ждать пио­нерских работ. Имя Содди всплывало впервые. Все выглядело более чем обычно: учитель и ученик. Распределение ролей ка­залось очевидным: физик-вдохновитель и химик-исполнитель.

Но и вообще — в науке, как в жизни, — популярность редко делится поровну между равноправными участниками большого свершения. Молва легко находит повод отдать пред­почтение одному из соавторов. Выдающийся профессор с ново­зеландской родословной... — это звучало свежо. Отличный Де­монстратор оксфордского изготовления... — это звучало тради­ционно. Молва предназначила Содди роль не льва, а львенка. Младшего — рядом со старшим. Второго — рядом с первым. Ошеломляющее открытие самопроизвольного превращения ато­мов тотчас сделало всесветно известными имена обоих, но ела'. ва их была не одного и того же качества.

229

Чувствовал ли это Содди? Наверняка. Придавал ли он это­му какое-нибудь значение? Сначала никакого, потом чрезвычай­ное. Или, быть может, сначала он просто умел справляться С собой и бдительная острота его ума была сильнее искушаю­щих притязаний тщеславия? Это выглядит правдоподобно. Во всяком случае, делает менее неожиданным то, что произошло со временем, когда Резерфорда давно уже не было в живых.

...Они проработали вместе ровно два года. Потом, после Монреаля, вскоре встретились в Лондоне. И это был заклю­чительный эпизод в истории их содружества.

-Ту деловую встречу не подстраивал случай — она не мог­ла не произойти.

...М-р Содди вернулся в Англию по моему совету, для того чтобы работать в Университетском колледже, в Лондоне, над чисто химическими вопросами, связан­ными с радиоактивностью..

Так писал Резерфорд в рекомендательном письме, которое позже, в 1904 году, понадобилось Содди для новой попытки обрести долгожданную профессуру. И еще раз, через двадцать лет:

...Содди оставил Монреаль ради работы с сэром Вильямом Рамзаем над химическими проблемами. Чтобы избежать ненужного дублирования, я набросал перед отъездом Содди разграничительную схему будущих иссле­дований.

Расставаясь в феврале 1903 года, они знали, что увидятся В начале лета: Резерфорд уже планировал каникулярное пу­тешествие за океан вместе с Мэри и маленькой Эйлин.

Он посетил лабораторию на Говер-стрит в очень удачное время. Незадолго до этого, праздно бродя по весеннему Лон­дону, Фредерик увидел в витрине магазина Изенталя фанта­стическое объявление: «Здесь продаются чистые соединения ра­дия». Еще фантастичней была цена — всего 8 шиллингов за миллиграмм бромида! Рамзай приобрел 20 миллиграммов. Это было первое, что услышал Резерфорд, переступив порог лабо­ратории. Прочие новости Содди должен был выкладывать ему уже на улице, показывая кратчайшую дорогу к заветному ма­газину. Полвека спустя Содди сочувственно вспоминал, в ка­ком замешательстве стоял Резерфорд у прилавка, всем своим видом выдавая безудержное волнение. Еще бы: они достаточ­но настрадались в Монреале без добротных источников радиа­ции! И особенно Резерфорд. И особенно минувшей осенью и зимой 1902 года, когда после завершения главной работы по

230

трансмутации его вниманием завладели альфа-лучи. Ему при­шлось просить содействия Кюри, чтобы раздобыть сносный ра­диевый препарат (1 часть радия на 99 частей бария).

Резерфорд приобрел 30 миллиграммов драгоценного бромида, и с той же поспешностью они вдвоем вернулись на Говер-стрит. Тотчас закрылись в темной комнате, где находился флюоресцирующий экран, и распаковали изенталевский препа­рат. «Эффект был потрясающим, — вспоминал Содди. — Это было так, как если бы слепорожденный вдруг прозрел... Столь­ко изучавший беккерелевы лучи, Резерфорд впервые их уви­дел. Ведь все свои работы он провел ионизационным методом с радиоактивными веществами слишком слабыми, чтобы вызы­вать свечение экрана».

Но Резерфорд увидел в тот день и еще одно долгождан­ное зрелище.

Было давно замечено: в радиоактивных минералах почти всегда присутствует гелий. Так не рождается ли он при транс­мутации атомов радия? В Монреале Резерфорд и Содди дока­зать это не успели. А места более подходящего для спектро­скопического решения такого вопроса, чем лаборатория сэра Вильяма Рамзая, нельзя было бы и придумать. Фредерик уже пытался добиться успеха. Но не все шло благополучно: желтая линия гелия была видна, остальные — нет. И вот — в тот именно день опыт вполне удался. «После полудня, — расска­зывал двадцать лет спустя Резерфорд, — присутствие гелия было установлено...» Они увидели сияние всех шести главных линий гелиевого спектра ..

Покидая лабораторию на Говер-стрит, Резерфорд до осени оставил Рамзаю и Содди свои 30 миллиграммов бромида. Не для хранения — для работы. «Я одолжил им мой радий для подтверждения важного открытия».

Но, собственно, что еще нужно было подтверждать? Да са­мое главное: то, что гелий не просто сопутствует радию, а рож­дается в нем. Если рождается, количество его в препарате дол­жно расти. В руках двух замечательных химиков те 30 милли­граммов прошли через все испытания без потерь и сослужили свою первую службу. Где-то на континенте — не то в Пари­же, не то в Швейцарии — путешествующего Резерфорда на­стигла в июле победная телеграмма из Лондона. Количество ге­лия росло! А затем пришло письмо от Содди: «...Это был под­линный триумф, и мы Вам очень благодарны за то, что вы сделали его возможным».

Так завершилось их сотрудничество. Финал был отмечен искренностью, великодушием, взаимным доверием.