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.

532

ценной алхимии»: азот плюс гелий дают кислород плюс водо­род. в химических символах, осложнённых указанием атомного веса (наверху) и заряда ядра (внизу), эта реакция выгляде­ла гак:

14 4 17 1 *

N+7+He+2==0+8+H+i Не для одних студентов, но и для ученейших земляков сэ­ра Эрнста, даже для Марсдена, встречавшего его в Окленде, были поражающей новостью рассказы о блэккетовских опытах. Да и в Лондоне Резерфорд впервые объявил о них с кафедры Королевского института лишь месяца за два до своего отъезда в Антиподы. И всюду производили сильное впечатление 400 ты­сяч сфотографированных альфа-треков и автоматизация физиче­ского эксперимента. Чувствовалось подспудно, что проникно­вение в атомные недра будет требовать все более высокой ла­бораторной техники.

А Резерфорд, точно нарочно усиливая эту тему, рассказы­вал еще и о последних достижениях Петра Капицы. В этих рассказах совсем уж отчетливо пробивалось предчувствие новых времен в экспериментальном изучении микромира. С искренним изумлением и с оттенком отцовско-наставнической похвальбы (вот каковы мои кавендишевцы!) говорил он о серьезном наме­рении Капицы поработать с магнитными полями порядка 1 мил­лиона гаусс. Это звучало фантастически, потому что создание магнитных полей даже в 50 раз менее сильных было тогда нелегкой технической задачей.

Для того чтобы внутри катушки соленоида возникало мощ­ное магнитное поле, требовались мощные электрические токи. Получить их было непросто. И дорого. А при длительном их пропускании через катушку грозили бедой опасные перегревы. На что же рассчитывал Капица?

Ответ был покоряюще прост: для атомных экспериментов вполне достаточны мгновенные поля в небольших пространст­венных объемах. На полет через камеру Вильсона альфа-части­це с лихвой хватает миллионной доли секунды. И любому внутриатомному процессу, чтобы начаться и кончиться, нич­тожных долей секунды более чем довольно. И стало быть, маг­нитному полю, дабы оказать свое влияние на ход таких процес-

* Правда, этот способ записи ядерных превращений тогда еще не употреблялся. Во всяком случае, в научных трудах Резерфорд не пользовался им вплоть до 1933 года — до его совместной работы с Олифантом и Кинзи по трансмутации лития.

533

сов, не нужно долго жить. Создавать чудовищные поля я мгновенья — вот в чем заключался замысел Катвгцы. "

А как? Тут начиналась инженерия. И вмешивался в дед риск. И появлялась нужда в затратах, каких не знавала пре­жде «веревочно-сургучная» лаборатория.

Разумеется, о последнем Рёзерфорд не рассказывал заоке­анским слушателям. Зато о риске говорил охотно. И с полным! доверием к инженерно-физическим решениям Капицы. 1

Суть их становилась впечатляюще зримой, едва произноси­лись слова — «короткое замыкание». Обычно это техниче­ская неприятность, если не катастрофа. Вся громада энергии, рассчитанной •яз. тюстененную трату в длинной череде нотре-' бителей тока, вдруг обрушивается иа ограниченный участов цепи. Возникают недопустимые перегрузки. Выходят из строя' агрегаты. Горят предохранители. (И это лучший исход!) Но при помощи такого рода катастроф Капица и решил создавать силь­ные магнитные поля. Генератор тока, развивавший большую мощность — она в три раза превышала мощность тогдашней;

Кембриджской городской электростанции, — должен был в мо-1 менты коротких замыканий сполна отдавать всю свото энергию^! маленькой катушке, расположенной в отдаленье. Одной малень-:

кой катушке!

А располагать ее в отдаленье надо было обязательно. В момент замыкания резко, совсем как налетевший на стену -автомобиль, тормозился разогнанный до огромной скорости ротор динамо-машины. Кинетическая энергия его вращения и преобразовывалась в энергию магнитного поля. Но не сполна, а с неизбежными потерями. И очень ощутимыми. От этих по­терь дрогяал фундамент. Сотрясались стены. Звенели стёкла. (И то был лучший исход!) Маленькую медную катушку надо было оградить от волн этих механических деформаций — по крайней мере на время существования в ней запланирован­ного магнитного поля: яа те сотые доли секунды, пока длилась сама катастрофа и шел затеянный физический эксперимент. Деформации бегут со скоростью звука: сотая секунды — не­сколько метров. Нетрудно было рассчитать, как далеко следо­вало уносить катушку. В общем, Капице и впрямь нельзя было обойтись малыми средствами и скромными помещениями.

Рассказывая обо всем этом завороженно слушающей ауди­тории, Рёзерфорд добавлял, что, возможно, как раз в эти-то минуты и проводится в Кавендише очередной рискованный эксперимент. И на обратном пути из Антиподов домой, когда перед рождеством он задержался на четыре дня в Египте, что-

534

бы увидеть пирамиды и ефннвков, его настигло ниеыда от Ка­пицы, которое бьЕвв как сон в руну:

Кембридж, 17 декабря 1925

Я пишу вам это письмо в Каир, дабы рассказать, что мы уже сумели получить поля, превышающие 270 000 в цилиндрическом объеме диаметром 1 сантиметр и вы­сотою 4,5 сантиметра. Мьг не смогли пойти дальше, так как разорвалась катушка и это произошло с оглуши­тельным грозютом, который, несомненно, доставил бы вам массу удовольствия,, если бы вы слышали его.... Но ре­зультатом взрыва был только шум, поскольку, кроме ка­тушки, никакая аппаратура не претерпела разрушений. Катушка же н& была усилена внешним- ободом, каковой мы теперь намереваемся сделать

...Я очень счастлив, что в общем все прошло хорог шо, и отныне вы сможете с уверенностью считать, что 98 процентов денег были потрачены не впустую и все работает иоправяо.

Авария явилась, наиболее интересной частью экспе­римента и оквнчательно увреиляет неру в успех, ибо те­перь мы точно знаем, что происходит, когда разрывается катушка. Мы также: зтаею тешэрь, наж выглядит дуга в 13000 амп&р» очеввдно, тут вообще нет ничего- пагуб­ного для аныаратуры и даже для аяеткриментатора, если он держится на достаточной расстаянии.

Со страшным иетершениевг жажду- увидеть вас снова в лаборатории, чтобы в мельчайших деталях, иные из которых забавны, рассказать вам об этой схватке с ма­шинами...

Схватка с- машинами)

Это прозвучало неожиданно и сильно. Такие баталии были тогда совершеннейшей новостью » технике атомно-ядерного эксперимента. А сердце Резерфорда не могло не радоваться этой новизне.

Есть все основания утверждать, что из первых же алхими­ческих опытов; с альфа-чаетяиами он осознал:' для последова­тельной атаки атомного ядра понадобятся' громадные энергия. Раньше или позже — обязательно ггонадобятся. И он понимал:

только высокая инженерия сможет ев- временем дать их атом­ной физике. Тая не потому ли е шервых самостоятельных шагов инженера-физика Капищы ои выделял! eroi из ряда ио», что, кроме стремнтельноотнажного ноеледовательского да-ра, угадал в повадках и аамыЕлах: петроградца еще кое-что существенно важное для будущего? Не почуял ли он в такого рода циклопи­ческих замашках предвестье грядущей поры индустриально-технического переоснащенья всей экспериментальной базы фи-зикк микромира?

Не имеет значенья, что впоследствии сам Капица ие- эани-

535

мался ни ускорителями, ни реакторами, ни атомно-водородны ми бомбами — этими гигантозаврами ядерного века, — a Tfl существенно, что в первую Схватку с Машинами „вступил в ре| зерфордовской лаборатории он!

В Кембриджском фольклоре сохранилась история, заклк чившая в выразительную рамку тогдашнюю поездку сэра Эрн-"! ста в родные края. Сидя за послеобеденным портвейном в про-| фессорской Тринити-колледжа и припоминая занятные подроб-з ности недавнего путешествия, он однажды — было это уже! в январе 26-го года — рассказал коллегам: . '

Прежде чем покинуть Кембридж, я пошел повидать! моего старого друга Си-Ти-Ара, чтобы сказать ему goodj bye. Он медленно полировал вручную большую соедини-Ч тельную муфту из матового стекла, и я оставил его за1 этим занятием, i

...Все хорошее когда-нибудь приходит к концу, и мы| вернулись назад, в Кембридж. Первое, что сделал я по-| еле многомесячного отсутствия, это отправился навестить 1 моего старого друга Си-Ти-Ара. Я застал его за поли-| ровной все той же большой соединительной муфты из| матового стекла. |

Не раз приводилась эта притча для характеристики «ту.| манного Вильсона». Но при взгляде издалека — с точки зре*>-| ния истории — чудится в ней что-то символическое и для всей | жизни Кавендиша в те дни, недели и месяцы 1925—1926 годов. ^j

Разумеется, лаборатория жила по-прежнему деятельной 1 жизнью. Но была эта жизнь не более чем штилем в сравне-', нии с бурями, шумевшими тогда на континенте: теперь уже не;

в Париже, а в Геттингене, и Цюрихе, и Копенгагене — главных • эпицентрах длившегося и неудержимо нараставшего потрясет ния основ теоретического познания микромира. (Да и мира во-;

обще!) Вот там счет времени действительно шел на дни, не-'| дели и месяцы. И уж оттуда никак нельзя было в ту пору " безнаказанно отлучиться на полгода: отлучился — вернулся, а обжитого дома твоей мысли нет и в помине — он снесен, как дом твоего детства, и незнакомые чужие идеи по-хозяйски рас­хаживают на опустевшем месте, как цыплята в брайтуотеров-ском загоне.

Да, так уж получилось, что пока Резерфорд на полгода отлучался из Европы, в Европе родилась долгожданная меха­ника микромира. Он словно обеспечивал себе алиби в будущем

536

громком процессе об этом преступлении против законов классики.

Алиби выглядело полным. 29 июля 1925 года, когда редак­ция немецкого журнала «Zeitschrift fur PhysiK» получила работу молодого геттингенского теоретика Вернера Гейзенберга с пер­вым изложением его знаменитой матричной механики, профес­сор Резерфорд находился на борту парохода «Асканиус» в во­дах южной Атлантики и пятый день блаженно отдыхал от сво­их профессорских обязанностей.

Гейзенберг был ровно на тридцать лет моложе Резерфор-да, и молва о планетарном атоме с лестницей разрешенных уровней энергии стала достоянием его разума еще в отроче­стве. Может быть, поэтому в отличие от Резерфорда его не смущало, «откуда знает электрон, где он должен остановить­ся», когда атом, испуская квант, скачком переходит из одного устойчивого состояния в другое. Непостижимые и незаконные с точки зрения классической, эти квантовые скачки были при­няты начинающим теоретиком как некая бесспорная и простей­шая реальность природы. И он построил механику квантовой прерывности в явлениях микромира. И был он, по словам его геттингенского учителя Макса Борна, так талантлив и так не­вежествен, что даже выдумал для воплощения своих физиче­ских идей особый математический аппарат, не зная, что та­ковой давно существует в высшей алгебре под именем матрич­ного исчисления. В общем для резерфордовского атома Гей­зенберг нашел количественные законы движения по боровской лестнице дозволенных уровней энергии.

И вот что сверх всего особенно замечательно: хотя в по­строениях своих он исходил из квантовых скачков Бора, а о непрерывных волнах материи де Бройля и не думал, не веря в их реальность, действующими лицами в его механике все равно оказались на поверку странные микрокентавры — непонятные частицы-волны. И новый непоправимый ущерб на­несен был старой классической иллюзии — рисовать события в микромире так, точно на микробильярде сталкиваются и взаи­модействуют аккуратненькие шарики-частицы... Тут уж реши­тельно и бесповоротно предъявляла свои права наступающая эпоха непредставимых представлений о ходе вещей в атомном мире.

Интересно, что Резерфорд уплывал в Антиподы, быть мо­жет все-таки успев напоследок ознакомиться с построениями Гейзенберга, хотя тогда они еще даже не дошли до редакции

537

«Zeitschrift fur PhysiK». Дело в том, что как раз незадолго до отъезда Резерфорда — в середине июля 25-го года — Гей-зенберг появился на Фри Скул лэйн.

Посетить Кавендишевскую лабораторию его пригласил, оче­видно, Ральф Фаулер. Минувшей зимой они часто встреча­лись в Копенгагене, на семинарах у Бора, где оба ходили в учениках и где не прекращались отчаянные споры о новых теориях. Двадцатичетырехлетний Гейзенберг прочитал в Кавен-дише несколько лекций. И достойно внимания, что среди его кембриджских слушателей был двадцатитрехлетний Поль Адри-ен Морис Дирак. А был ли среди них сам кавендишевский профессор — сэр Эрнст? Судя по всему — нет. Однако трудно допустить, что ему не были сообщены новости, привезенные геттингенцем. Если никто другой, то уж Ральф Фаулер на­верняка порассказал ему о них — хотя бы домашними вече­рами в Ньюнхэм-коттедже на улице Королевы.

Тем не менее ни в тогдашних речах Резерфорда, ни в его письмах (во всяком случае, тех, что опубликованы Ивом, Бо­ром и другими мемуаристами), не найти ни слов одобрения, ни слов хулы по адресу новых идей.

Молчал он о них и в Антиподах.

Повторилось то же, что имело место два года назад, когда появились волны материи де Бройля: Резерфорд словно бы не пустил новейшие теоретизирования в свой духовный мир. Меж­ду тем ведь на этот раз новые идеи получили благословение Бора!

Видно, не просто ему было пойти на полный разрыв с на­глядностью физического знания...

Да, ему это было совсем не просто. Однажды во время за­стольного спора в обеденной зале Королевского общества вы­дающийся астрофизик Артур Эддингтон с философической необязательностью сказал, что, быть может, электроны это только наша «умозрительная концепция», а реально они, воз­можно, и не существуют. Резерфорд в негодовании поднялся из-за стола, и весь вид его, по словам очевидца, как 'бы го­ворил: «Вы оскорбили женщину, которую я люблю!» Он вскри­чал: «Электроны не существуют?! Ах, вот как1 Отчего же я вижу их так же ясно, как эту ложку перед собой?» При та­кой рельефности внутреннего зрения разрыв с наглядностью был не только не прост, но неизбывно тягостен.

А пока он отмалчивался от новых идей, они все уверенней демонстрировали свою силу. И стало быть, истинность. И как

538

раз на время его отлучки — на вторую половину 25-го года — пришлись все знаменательные даты в истории возникновения и развития гейзенберговского варианта квантовой механики. А вдобавок тогда же начал созревать и другой знаменитый вариант этой механики, принадлежавший цюрихскому теорети­ку Эрвину Шредингеру.

В Цюрихе дело тоже шло стремительно, и уже 18 марта 26-го года редакция немецких «Анналов физики» получила первое законченное изложение основ волновой теории микро­мира, исходившей не из квантовых скачков Бора, а из деброй-левских волн материи.

Резерфорд отмолчался и от этой теории.

Волновая механика как бы противостояла матричной: она хотела быть механикой непрерывности в явлениях микродейст­вительности. Шредингер мечтал все свести к волнам и вообще избавиться от частиц. Но на поверку обнаружилось, что дей­ствующими лицами и в его построениях являются те же стран­ные микрокентавры — волны-частицы.

Однако поначалу две механики враждовали. Шредингер в дискуссии с Бором называл «проклятыми» квантввые скач­ки: он полагал, что такие нарушения непрерывности антифи-зичны и невозможны. Гейзенберг в письме к Паули называл «ужасной» физическую суть волновой теории: он полагал, что она пренебрегает всем своеобразным — неклассическим — в бытии микромира. Означали же эти полемические резкости обоих равноправных основателей квантовой механики лишь одно: рождение ее не было идиллическим — оно явилось ис­тинной драмой идей.

А Резерфорд оставался в стороне от этой драмы.

Он продолжал отмалчиваться и тогда, когда в том же 26-м году Шредингером была доказана полная эквивалентность матричной и волновой механик, выразивших одну и ту же правду природы на разных математических языках. Правда эта состояла в полной- симметрии волновых и корпускулярных свойств у элементарных атомных частиц.

Он не стал менее безучастным к происходящему и тогда, когда в том же 26-м году Макс Борн выдвинул вероятностное толкование законов микромира. А это толкование неизбежно приводило к небывалому утверждению, что статистические за­кономерности могут господствовать и господствуют не только в жизни больших скоплений микрочастиц, но и в поведении каждого электрона, протона, атома.

539

Он не изменил своему равнодушию и тогда, когда в сле­дующем, 1927 году Гейзенберг открыл Соотношение неопреде­ленностей, .ставшее основным законом квантовой механики. А этот закон показывал, что для частицы-волны бессмысленно ожидать одновременной полной определенности в ее местопо­ложении и в величине ее скорости. Это значило, что в микро­мире нет классических траекторий! Точные орбиты электронов в планетарном атоме превращались в иллюзию. Отныне можно было говорить лишь о вероятности пребывания электрона здесь или там...

Казалось бы, уж гут-то он должен был зарычать. И выра­зить свое несогласие. Или согласие. Но он не зарычал и те­перь. И по-прежнему неизвестным оставалось — согласен он или не согласен?

Суть в том, что он сам этого не знал.

Он не знал этого и тогда, когда осенью 27-го года в Брюс­селе на 5-м Сольвеевском конгрессе развернулась историческая дискуссия о физическом понимании квантовомеханических за­кономерностей.

Уже стало ясно, что Соотношение неопределенностей уза­конило вероятностное толкование всех событий в микромире:

где неустранимые неопределенности — там торжество случай­ности и господство законов статистики. И уже стало ясно, что классическая однозначная причинность должна уступить ме­сто иной — многозначной причинности. Все-таки причинности, а не произволу, ибо вероятностные закономерности нисколько не хуже других. Но уже прозвучало шутливое слово Эйнштейна о квантовой механике: «Я не могу допустить, что господь бог играет в кости!» Однако вместе с тем уже многократно под­твердилась истинность выводов и предсказаний новой механи­ки. И Бор с неопровержимой убедительностью доказывал ее внутреннюю непротиворечивость и логическую состоятельность. Крупнейшие физики современности вели той осенью в Брюс­селе ожесточенную дискуссию о квантовой революции. И стало очевидно, что в существе своем это философский спор.

Столкнулись разные философии природы, которые в после­дующие годы напрасно клеймили всяческими «измами» (хоро­шими и дурными). Просто одна из них была традиционной на­турфилософией, а другая — новаторской. На стороне первой стояли Эйнштейн, Лоренц, Ланжевен, де Бройль, Шредингер... На стороне второй — Бор, Борн, Гейзенберг, Паули, Дирак...

А Резерфорд?

Ему самому неведомо было, с кем он...

540

К огорчению автора его жизнеописания, сэр Эрнст не был с новаторами. Но, к радости автора его жизнеописания, сэр Эрнст не был и с традиционалистами. Конечно, он имел в за­пасе вполне удовлетворительное оправдание — «я не теоре­тик». Оно всегда было к его услугам. Однако он слишком хорошо знал по долгому своему опыту, что теория и экспери­мент — сиамские близнецы с общей кровеносной системой, и поэтому разрешал себе пользоваться этим оправданьем разве что для красного словца. Так, посмеиваясь, он однажды сказал о теоретиках-квантовиках, не различая правых и виноватых:

Они играют в свои символы, а мы в Кавендише добы­ваем неподдельные твердые факты природы.

Эта формула психологически помогала ему держаться над схваткой. Но легковерно было бы принимать ее слишком всерьез.

Тогда ведь пришлось бы допустить, будто он не замечал, что и на Фри Скул лэйн, буквально под его окнами и у него за стеной, шла азартная игра в символы. Дарвин, Фаулер, Дирак, а чуть позже- Хартри и Мотт — словом, все, кого Бор называл впоследствии «сильнейшей кембриджской группой», — тоже ведь могли сказать о себе: «мы в Кавендише». А между тем добыванием «неподдельных фактов» природы они вовсе не занимались. Так, может, он только терпел их игры — по великодушию? Нет, он отлично знал, чем они увлечены, и, по­ощрял их искания с обычной океанской и пророческой своей широтой. И это не пустая фраза: всех своих кавендишевских квантовиков он часто и надолго то отпускал, то сам посылал в Копенгаген. Необычным было лишь то, что он не торопил их требованиями скорейших результатов и не устраивал им грозных инспекций. Он сознавал, что руководить их поисками не мог бы. Но единственный директорский вывод, который он делал из этого, заключался в предоставлении им обеспеченной свободы исканий. Позиции над схваткой это не противоречило.

Короче, он сделал все, чтобы не помешать Кавендишу с течением лет самому превратиться в один из эпицентров кван­тового потрясения основ. Можно даже сказать сильнее: непред­намеренно он делал все, чтобы это однажды случилось.

И это случилось. В 1928 году.

В 1928 году П. А. М. Дирак, и без того уже внесший свой глубоко оригинальный вклад в развитие методов новой науки, сумел обручить ее со специальным принципом относительности

541

Эйнштейна. Квантовая механика распространила свои права на случаи движения микрокентавров со скоростями, близкими к световой. Появилось гак называемое релятивистское уравне­ние Дирака, вскоре ставшее не менее знаменитым, чем волно­вые функции Шредингера или матрицы Гейзенберга. Ко всем странностям, уже обнаружившимся на микроуровне бытия ма­терии, прибавились новые, раскрытые гением невозмутимо-сосредоточенного кембриджского теоретика.

Нильс Бор писал, что «Дирак- с ранней юности отличался уникальной мощью своего логического мышления». И бдитель­ность его логики нельзя было усыпить. Однажды на физиче­ской конференции в Копенгагене японский теоретик Нишина испещрял доску выводом многочленной формулы, уже извест­ной слушателям по розданной им рукописи. Дирак заметил, что у третьего члена на доске стоит «—», а в рукописи «-[-»• Ни­шина дал разъяснение: «Надо как в рукописи, а при выводе на доске я где-то в одном месте ошибся». «В нечетном числе мест!» — тотчас поправил его Дирак. И возразить было не­чего, ибо нечетное повторение ошибки в знаке дает тот же итог, что и одна ошибка.

Подумать только, что эта рыцарская неподкупность логи­ки могла достаться не теоретической физике, а электротехнике! Так случилось бы почти наверняка, если бы молодой Дирак, получив высшее образование в Бристоле, сразу нашел работу по специальности. К счастью, он работы не нашел, и это приве­ло его в Кембридж, где он стал «математическим физиком», учеником Ральфа Фаулера, и в один прекрасный день — слу­шателем Вернера Гейзенберга.

Самым впечатляющим подвигом рыцарской логики Дирака стал его вывод из собственного релятивистского уравнения, что в природе может существовать положительно заряженный двойник электрона — его античастица.

Между прочим, формально тут все как раз и сводилось к игре знаков «+» и «—» перед квадратным корнем в эйн­штейновском выражении для энергии частицы. Математиче­ски — и только математически! — предсказывалось бытие доселе неведомой крупицы вещества. Это выглядело по тем временам еще поразительней, чем предсказание Плутона. В астрономических прогнозах работала старая, веками испытан­ная классическая механика. А тут заявляла непомерные пре­тензии наука, родившаяся-то всего три года назад и у столь­ких авторитетов находившаяся покуда что на серьезнейшем подозрении. («Пикассо-физика»!)

Как отнесся к дираковскому предсказанию Резерфорд?