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

Вид материала

Документы

Содержание 22 Д. Данин 337 342 никто из теоретиков — ни Эйнштейн, ни Планк, ни Лоренп, ни Рэлей, ни Но весной 1911

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.

336

То было нетривиальное зрелище: мировая знаменитость, восседающая среди юнцов и склонившаяся над тетрадкой с за­данными упражнениями! Мировая знаменитость дала себе единственную поблажку: не экзаменоваться. Но не от горды­ни — от застарелого отвращения к этой процедуре.

Лэмб без дальних слов понял, зачем его высокому коллеге понадобился этот рецидив студенчества: с вероятностью, рав­ной единице, можно было утверждать, что изучение рассеяния альфа-частиц надолго становится главной страстью профессора Резерфорда. Разумеется, у профессора Резерфорда всегда был выход: в нужный момент привлечь к делу лабораторного ма­тематика Бэйтмена. Но все знали: он любил сам откристалли-зовывать свои идеи в математические формулы. А отныне это делалось невозможным без уменья уверенно оперировать ап­паратом теории вероятностей.

(Так, 'почти сорок лет спустя, когда экспериментальные ме­тоды ядерной физики революционизировались новейшей радио­техникой, академик Игорь Васильевич Курчатов решил прослу­шать курс радиоэлектроники. Это тоже было нетривиальное зрелище: бородатый глава советских атомников за учебным столом! А ведь и у него всегда был в запасе выход: в нужную минуту поманить пальцем специалиста. Но все знали: он пред­почитал сам понимать и оценивать, что чего стоит...)

Не столь уж существенно — сыграла ли проблема избав­ления от ненужных частиц хоть какую-нибудь реальную роль в решении Резерфорда стать лэмбовским студентом. Может быть, и не сыграла. Но существенно, что именно тогда — в самом преддверии открытия атомного ядра — он такое ре­шение принял. Он вооружался для исторического похода.

...И вот — в очередной раз:

— Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни! Что нового, маль­чики?

Особых новостей не было. Их не было уже, в сущности, с конца прошлого года — с тех пор, как мальчикам удалось успешно отделаться от непрошеных альфа-частиц. И ничего, кроме однообразных подробностей о рассеянии на малые углы, он и не ожидал услышать. Не ожидал и не услышал. Но на этот раз у него самого была в запасе кой-какая новость.

Собственно, она была у него в запасе и вчера и позавчера. Только он не решался заговорить 6 ней. И едва ли она заслу­живала названия новости. Не потому, что была стара, а пото­му, что была несуразна.

22 Д. Данин 337

Вчера, как и позавчера, он долго стоял возле эксперимен­тальной установки. Смотрел. Сосал потухшую трубку. Молчал. Думал. Изредка усмехался. Ни Гейгер, ни Марсден наверняка не могли бы догадаться, чем заняты были его мысли. Он ду­мал о том, что их давно уже перестало заботить: о тех непро­шеных, ненужных, мешавших альфа-частицах, что путали им статистику. И чем больше он думал об этом, тем менее при­годным казался ему эпитет — «ненужные».

Сквозь толпу логических возражений бесконтрольным пу­тем пробивалась дикая идея: а что, если эти р&дкие альфа-ча­стицы отклоняются стенками трубки не на малые углы, но просто отражаются от стекла? Как свет от зеркала, как бильярдный шар от борта: «угол падения равен углу отра­жения».

Просто? А как вообразить, что происходит при этом? Он пытался представить себе пулю, летящую со скоростью 15 тысяч километров в секунду: она врезается в мишень и — отскакивает от мишени! Однако — спокойствие! — а что, если бы физику в самом деле довелось убедиться в реальности такого фантастического события? Пришлось бы перестать усме­хаться? Ошеломленный, он должен был бы задуматься 'над происходящим. Чудес не бывает, и физик понял бы, что чу­дом отскочившая пуля принесла ему своим поведением бес­ценную информацию о беспримерной стойкости и странном устройстве вещества мишени. Он обеими руками ухватился бы за немыслимый факт...

Это было как наваждение. Первое, что следовало сделать:

попробовать от него избавиться. Для этого не было иного пу­ти, кроме экспериментального. И Резерфорд решился.

Появившись в тот очередной раз у своих мальчиков и спросив по инерции «что нового?», он едва ли слушал их от­веты. Поглядывая то на одного, то на другого, он мысленно взвешивал: «Нет, пожалуй, неразумно отвлекать Ганса на та­кие бредовые опыты. И бестактно. Можно положиться и на Эрни — он хороший мальчик. Не выйдет — так все тотчас и забудется».

(Это воображаемое размышление Резерфорда психологиче­ски оправдано: становится понятным его решение — поручить эксперимент, столь важный для него в ту пору, не многоопыт­ному доктору Гейгеру, а всего только лаборанту!)

Так, еще не обретя даже низшего ученого звания, Эрнст Марсден дождался своего звездного часа. Выглядело это, ра­зумеется, совершенно буднично. Марсден вспоминал:

338

...Он повернулся ко мне и сказал:

— Посмотрите-ка, не сможете ли вы получить некий эффект прямого отражения альфа-частиц от металличе­ской поверхности?

Я не думаю, чтобы он ожидал чего-нибудь подобного, но это было одно из тех «предчувствий», когда появляет­ся надежда, что, быть может, кое-что все-таки удастся наблюдать и, уж во всяком случае, удастся прощупать разведкой ту территорию, что соседствует с «землей Тома Тиддлера». (Иносказание, означающее «золотое дно». — Д. Д.) Резерфорд всегда был готов идти навстре­чу неожиданному и использовать его в своих целях, но он знал также, когда в таких экскурсиях нужно остано­виться. Конечно, я был достаточно сведущ, чтобы ясно сознавать: даже если ожидается отрицательный результат, с моей стороны было бы непростительным грехом прозе­вать хоть намек на эффект положительный.

Оттого-то в один из февральских вечеров 1909 года, сидя за банкетной трапезой в Уитуортс-холле и наслаждаясь застоль­ными панегириками своих высоких коллег, виновник торжества Резерфорд все ловил себя на тайном желании — удрать от­сюда ненадолго, ворваться в затемненную комнату Марсдена и в ответ на жадное «Ну как дела, мой мальчик?» услышать короткое — «да1». Или столь 'же короткое — «нет».

...Марсден ответил — «да!». Но не в тот вечер.

Однажды днем он остановил шефа на лестнице и сказал:

— Вы были правы, профессор...

12

Радость Марсдена была сложного психологического со­става.

Прежде всего он не впал в непростительный грех. Шеф убедился, что ему по плечу большие дела. В среднем всего одна из 8000 альфа-частиц переживала загадочное событие — отскакивала от мишени обратно. Пришлось придумать новую установку — с более мощным источником радиации, чем преж­ний альфа-провод. Помог Гейгер. Впрочем, неважно, как были обойдены разные трудности. Важно, что много времени на это не ушло. Шеф не успел испытать досаду.

Но еще радостней было другое: ему, двадцатилетнему, уда­лось за несколько дней и ночей вывести из статистики отраже­ний количественный закон: эффект возрастал с ростом атом­ного веса мишени. Но не как у Гейгера — не как при рас­сеянии на малые углы, а гораздо быстрее. Там рассеяние рос­ло, как атомный вес в степени '/г, а здесь — в степени s/z.

22* 339

Кружилась голова — уже слышался голос будущего лектора:

«Итак, переходим к закону Марсдена...» Смущало лишь одно исключение из закона — серебряная мишень отражала неподо­бающе много частиц. Отчего? Он не знал. Тщеславие искуша­ло: наверное, просто ошибка. Выкинуть серебро из таблицы — и все. Выкинуть?! Он был резерфордовцем — он не мог под­даться такой провокации. Он подчеркнуто обратил внимание ше­фа на странную аномалию. Чем черт не шутит — может, тут-то и зарыта собака!.. К счастью, там не было зарыто ничего, кроме доверчивой неопытности. Но зато он выдержал нравст­венный экзамен перед самим собой.

Вскоре аномалия разъяснилась. В поисках серебра для ми­шени Марсден одолжился монетой у молодого рисёрч-стью-дента из России — Георгия Антонова. Тот сказал, что русское разменное серебро химически беспримесней британского. Это было верно. Но Антонов не подумал, что его экзотическая мо­нета, прошедшая через множество любопытствующих рук и звеневшая на всех лабораторных столах, могла сделаться в Манчестере радиоактивной. И Марсден об этом не подумал. А монета сама излучала! Повторилась старая история, уже многократно знакомая Резерфорду.

Но все это — и радость первооткрытия, и кружение голо­вы, и победу над тщеславием — знавали молодые и немоло­дые физики во все времена во всех лабораториях. А Дыла в марсденовском ликовании еще и особая черта — редкост­ная, клановая. Она отчасти объясняет стремительность успехов резерфордовской школы.

Другой манчестерский юнец той поры, Гарольд Робинзон, рассказал, как однажды под вечер, уходя из лаборатории, Ре-зерфорд ненароком бросил идею одной экспериментальной ра­боты. Для нее нужны были источник радиации, свинцовые мишени, магнитный спектрограф и свободные руки. Уже в дверях Резерфорд добавил, что как-нибудь в будущем они обязательно проведут заманчивый опыт. И ушел. Едва за­тихли в коридоре его шаги, как Робинзон побежал к коллегам за подходящим излучателем — «только до утра, клянусь че­стью!». Пригодную для дела установку, оставшуюся от других опытов и, к счастью, не до конца демонтированную, нетрудно было привести в порядок. Мишени лежали под рукой. Впереди маячил долгий вечер. И в запасе была ночь!.. Когда наступило утро, Робицзон уже владел первой серией фотографий желан­ных магнитных спектров. Теперь ему казалось, что часы идут дурацки медленно и никогда не пробьют девять!.. Через тридцать с лишним лет он говорил:

340

Я еще живо помню то нетерпение, с каким ждал его прихода; и с тех пор пребываю в совершённой уверен­ности, что мне точно известны чувства фокстерьера, пой­мавшего мышь, который приносит ее в дом и кладет на ковер в гостиной, как жертвоприношение своему домаш­нему богу.

«Фокстерьер» был ростом выше шефа — 190 сантиметров. Был он осмотрителен в движеньях и сдержан в словах. И дру­гими свойствами своего мягкого характера отнюдь не походил на Резерфорда. Так, может быть, его поступок был просто актом угодничества перед шефом? Да нет, для такого сквер­ного подозрения нет ни малейшего основания: по свидетельству Андраде, Робинзон чрезвычайно нравился Резерфорду и был одним из близких его друзей-учеников. Иные чувства двигали молодым манчестерцем. Прекраснодушно прозвучит: «Ему хо­телось доставить удовольствие учителю». А между тем это так.

Именно так! И ничего сверх этого! И Робинзон прямо го­ворил, что так оно и было. Больше того: он утверждал, что стремление «сделать приятное шефу» отличало не его одного. Это было непреходящим поветрием в лаборатории и вовсе не последней причиной успешного течения дел. Это действовала обратная психологическая связь между Резерфордом и его маль­чиками. Он привораживал и стимулировал их своим нетерпе­ливым энтузиазмом. И возвышал своей верой в них. И, обла­дая талантом отзывчивости, как резонансное устройство широ­кого диапазона, умел громогласно радоваться их успехам. Равно маленьким и большим. Было дьявольски приятно сде­лать ему приятное. Увидеть, как внезапно озарится его лицо. Почувствовать его дружескую руку на своем плече. Услышать потом в коридоре тобою вызванное -"- «Вперед, со-олдаты Хри­ста!». И ощутить, что он очень доволен твоим пребыванием на земле.

Вот еще и это редкостное — плановое — чувство питало радость Марсдена в тот памятный февральский день 1909 года. Догадывался ли Резерфорд, почему он так быстро получил подтверждение своей дикой идеи? (Догадываются ли иные хму­ро-величественные лабораторные вожди, бдительно охраняющие свое достоинство и экономящие свои добрые чувства, отчего их сотрудники не- слишком торопятся в будущее?)

Итак, не фантазия: атомы оказались способными на чудо отражения альфа-частиц. Но, пожалуй, всего удивительней бы­ло удивление самого Резерфорда перед этим воочию открыв-

«»

341

шимся фактом. Ведь он же, а не кто-то другой, мысленно до­пустил возможность таких событий! Однако, когда химера пре­вратилась в реальность, он попросту ахнул. Это ему принадлежал образ пули, отскакивающей от мишени. Только он еще резче высказывал это сравнение: он говорил Иву, что отскоки альфа-частиц от тончайшего золотого листка произвели на него такое же впечатление, как если бы он увидел, что пуля, которой выстрелили в лист бумаги, возвращается обрат­но к ружью. И замечательно, что с годами то первое впечат­ление не тускнело в его памяти, а все усиливалось. За год до смерти, в одной из последних своих лекций, вспоминая минув­шее, он рассказал:

Я должен признаться по секрету, что не верил, буд­то это возможно... Это было, пожалуй, самым невероят­ным событием, какое я когда-либо переживал в моей жизни. Это было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги 15-дюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас.

Выло сказано: «Любовь — удивленья мгновенная дань». Не того же ли вроисхожденья многие великие открытия? И не было ли уменье ошеломленно удивляться повадкам природы существенной чертой резерфордовского гения? А стал он к той поре столь искусным мастером такого удивленья, что сумел сам для себя заказать противный здравому смыслу и заведомо поражающий воображение эксперимент! Но в сфере науки удив­ленье не сразу приносит лучшие свои дары. Нужны время и воля на сбор дани. И нужно еще многое, чем он сполна об­ладал...

Итак, не фантазия... Но все же необходимо было довести до безупречной достоверности начатое Марсденом исследование. Гейгер из консультанта превратился в участника работы. (Кста­ти, в той же лекции 1936 года, то есть 27 лет спустя, Ре-зерфорд сделал Гейгера, а не Маредена первым вестником неправдоподобного события. «...Гейгер вошел ко мне и в страш­ном возбуждении сказал: «Нам удалось наблюдать альфа-ча­стицы, возвращающиеся назад!..» Это была маленькая аберра­ция памяти.) На первом этапе Марсден работал один. А когда они стали трудиться вдвоем, работа пошла вдвое быстрее. И весной Резерфорд однажды сказал, что они должны подго­товить статью для «Трудов Королевского общества».

17 мая он сам препроводил ее в редакцию. 17 июня она была зачитана в Барлингтон-хаузе. А затем увидела свет. И любопытно, что ни в том году, ни в следующем. 1910-м,

342

никто из теоретиков — ни Эйнштейн, ни Планк, ни Лоренп, ни Рэлей, ни Дж. Дж., не говоря уже о звездах меньшей величины, — не обратил на эту публикацию никакого вни­мания. Одни были поглощены собственными идеями и за­мыслами, другие, не умели изумляться слишком простым вещам, третьи не почувствовали, что время атома наконец-то пришло!

А Резерфорд?

Если бы впоследствии, весной 1911 года, журналисты до­гадались задать ему вопрос: «Как вам удалось понять устрой­ство атома?», он ответил бы им прозрачными ньютоновскими словами: «Я думал об этом».

Около двух лет он думал об этом постоянно — всюду и всегда. Постоянно. Всюду. Всегда.

Но весной 1911 года журналисты не догадались задать свой традиционный вопрос. И как мы еще увидим, случилось это не по их вине. А позже подробности словно утратили значение и для оглядывающихся назад из далекого далека время сжалось в пружину, вдруг выбрасывающую великие открытия: виток к витку — не различить витков! А тут еще кажущаяся простота проблемы и действительная простота ее решения. И гипноти­зирующая везучесть Резерфорда. В его биографии, написанной Робин Мак-Коун, два года превратились почти в две недели, а физическая головоломка — в тригонометрическую задачку. И даже у серьезнейшего Нормана Фезера появился «пустой год», когда в Манчестере перестали разгадывать неразгадан­ное, точно Резерфорд был из тех, кто останавливается на полпути.

А он просто два года «думал об этом». Всюду. Всегда.

13

Он думал об этом на палубе океанского парохода, снова — в который раз! — пересекая осеннюю Атлантику. И потом в Ка­наде — в холодном Виннипеге, где/ некогда из филантропиче­ских побуждений встречал эшелоны русских духоборов. Там назначен был очередной конгресс Британской ассоциации. Председательствовал Дж. Дж. А он, Резерфорд, был прези­дентом секции физики и математики. Говорили о разном, но он думая о своём. И ему трудно было вынашивать эти мысли в одиночестве.

Да, он совершенно не годился для участи, о которой мечтал

Эйнштейн: он не мог бы служить молчаливым смотрителем на

«,

343

уединенном маяке. Правда, Петр Леонидович Капица вспоми­нает: «Иногда только по отдельным намекам, прорывавшимся в разговоре с ним, можно было уловить, что он нечто пробо­вал, но у него не вышло. Он не любил говорить о проектах своих работ и охотнее говорил только о том, что уже сделано и дало результаты». Однако по всему складу его натуры, чуж­дой сдержанности, это не могло даваться ему легко. И намеки прорывались. И в Виннипеге, осенью 1909 года, его мысли об атоме тоже вдруг выплеснулись наружу в форме для него необычной — философической! В президентском послании к своей секции, рассказывая об опытах Гейгера — Марсдена, зачем-то обронил он туманно-многозначительную фразу:

Старое, и в большинстве случаев, несомненно, вер­ное, изречение, согласно которому два тела не могут за­нимать одно и то же пространство, больше не имеет си­лы для атомов материи при движении с достаточно вы­сокой скоростью.

Это означало, что альфа-частицы, пронизывая вещество, ле­тят не мимо встречных атомов, а сквозь них, временно оккупи­руя в полете уже занятое материей пространство. Так он вы­разил идею не сплошного, а как бы сквозного атома. Вероятно, это и был его первый существенный шаг в размышлениях о структуре атомных микросистем.

Обдумывал он этот шаг и в Монреале, куда отправился из Виннипега, чтобы повидаться с давними друзьями. И затем в Соединенных Штатах, где вместе с Альбертом Майкельсоном и знаменитым итальянским математиком Вико Вольтерра чи­тал лекции для слушателей университета Кларка.

Потом — снова Атлантика и те же раздумья.

И дома, в Манчестере, думал он все о том же — то сосре­доточенно, то рассеянно, но неотвязно. Гейгер и Марсден за­нимались уже другими вещами. И как прежде, другими пробле­мами занимались все его мальчики того времени — Антонов, Болтвуд, Бэйтмен, Гринвуд, Даффилд, Ивенс, Киношита, Ма-ковер, Принг, Росси, Расе, Ройдс, Стэнсфилд, Туомиковский, Уилсон и «девочка» — мисс Уайт. Перечень проблем, составлен­ный два года назад, не иссякал. И были десятки вопросов, ре­шаемых каждодневно: он, Папа и Проф, должен был зани-.маться всем одновременно. И с утра до вечера громыхал он цепями опутывающих жизнь обязанностей. Но все равно — он неотступно думал о своем.

Он думал об этом, читая в конце ноября странно обстав-

344

ленную устроителями воскресную лекцию о «Взвешивании ато­ма»: в начале исполнялись песни Шуберта, в конце — соль-ма­жорный квартет Гайдна. Физика атома была начинкой в му­зыкальном пирожке. «Нет указаний на эффективные последствия такого обхождения с атомом», — пошутил Ив. Указаний нет, но лектор был доволен: песни Шуберта напом­нили ему пунгарехские вечера и мать за стареньким фортепья­но, а Гайдн — воскресную скрипку отца. Под музыку и вос­поминания детства думалось не суетно — покойно и хорошо. Так, может быть, и не бесплодны были те часы?

Его мысль никогда не искала опоры в литературных источ­никах. Она предпочитала иметь дело прямо с природой. Он мог бы и сейчас повторить свои слова пятнадцатилетней дав­ности: «Я не собираюсь становиться книжным червем, и это позволит мне держаться в хорошей форме». А еще важнее, что он умел забывать прочитанное и не тяготиться грузом устойчивых заблуждений. Но в то воскресенье немецкие песни и немецкая музыка могли вернуть его мысль к немецкой ста­тье, читанной шесть лет назад еще в Монреале.

Тогда, в 1903 году, Филипп Ленард, не вызывавший у него симпатий, уже придумал теорию «пустого атома». Ленарду хотелось объяснить прохождение катодных лучей через слои металла, и он вполне резонно представил себе, что большая часть атомного пространства свободна от вещества. Остановись он на этом, его идея выдержала бы критику, хоть и не была бы еще конструктивной. Но он совершенно произвольно на­полнил свой пустой атом роем. вымышленных крупиц мате­рии — динамид, каждая из которых каким-то образом состав­лена из заряда .«+» и заряда «—». Этих динамид никто не мог обнаружить на опыте. И с ними нечего было делать для истолкования рассеяния альфа-частиц даже на малые углы. А уж для прямого отражения альфа-снарядов эти динамиды вовсе не годились из-за малости своей и нейтральности. И не нужно припомнившуюся бесполезную конструкцию немца сле­довало снова забыть — теперь уже навсегда. Предстояло не Придумывать атом, а наконец-то понять его!

И: это было тоже шагом вперед — право обоснованно от­вергнуть чужие спекуляции.

Он думал об. этом в Кембридже, где побывал незадолго до рождества. На торжественном обеде в честь 25-летия ди­ректорства Дж. Дж. среди юбилейных речей старых кавенди-шевцев звучал и его благодарный голос. В такие минуты о не-

А

345

согласиях не говорят. И конечно, оя не мог сказать учителю, что в последние месяцы часто ведет молчаливую полемику с ним.

Здесь, в этих стенах, одиннадцать лет назад родился на глазах Резерфорда томсоновский атом — первая атомная мо­дель, сконструированная из недавно открытых электронов-кор­пускул. Тогда, в 98-м году, эта модель была еще совсем при­митивна. В согласии с нею атом напоминал шарообразный кекс с изюмом: изюминками были электроны, а тестом — само атомное пространство. Ему приписано было похвальное свой­ство — нейтрализовать отрицательный заряд электронов, ина­че атом не получился бы электрически нейтральным. По Том-сону, электроны были вкраплены в «сферу с однородной поло­жительной электризацией». Но существовала в физике теорема Ирншоу, заранее осуждавшая, как совершенно неустойчивую, любую систему из неподвижных зарядов: силы их электриче­ского взаимодействия неизбежно развалили бы такую систему. И с 1904 года в улучшенной томсоновской модели электроны стали двигаться внутри положительной сферы.

Однако и это не делало атом Томсона правдоподобным. Его яризрачная сфера оставалась загадочной. Вещественными были электроны. Но, лучше чем кто бы то ни было, Томсон знал, как ничтожна их масса. И положительную сферу нужно было • набить примерно двумя тысячами этих частиц, чтобы оправдать массу даже легчайшего из атомов — водородного, чей атомный вес принимался за единицу. А между тем сам Дж. Дж., тео­ретически рассматривая некоторые явления в газах, показал в 1906 году, что число электронов в атомах «не очень отличает­ся от атомного веса». За два года 2000 превратились в 1. Пришлось решить, что львиная доля массы атома связана с не­понятной положительной сферой. В этом не было бы ничего дурного, если бы при этом не получалось, что вещество рав­номерно размазано по всему объему атома. Он стано­вился похож на облако. И объяснить отражение атомного снаряда — альфа-частицы — от такого атома оказывалось не­возможным.

Впрочем, как уверял Рэлей-младший, Томсон и сам без энтузиазма относился к своей модели. И даже в тот празднич­ный день критика Резерфорда его не огорчила бы. Его огорчи­ло бы другое — то, что, кроме критики, у Резерфорда не было тогда в запасе собственных конструктивных соображений. Еще не было.

Он искал их. И все сводилось к вопросу — как же распре­делено заряженное вещество в несомненно сквозном атоме?