Резерфорд
Шрифт:
Но, конечно, смысл той памятной работы Резерфорда заключался отнюдь не в определении знака заряда альфа-частиц. Свою июльскую ошибку он исправил попутно. За него это сделали сами альфа-частицы, отклонившись «не в ту сторону». Главным же было другое: степень искривления их траекторий в магнитном поле. И еще: степень отклоняющего действия поля электрического. По двум этим величинам можно было составить количественное представление об альфа-частицах.
Так пятью годами раньше, весной 1897 года, Дж. Дж. Томсон с помощью подобных измерений набросал портрет своих корпускул-электронов. Он узнал, что они способны двигаться с колоссальными скоростями, близкими к световой. Но всего существенней, что он
Сколько тонких экспериментаторских ухищрений вызвало к жизни стремление физиков все точнее и точнее определять эту величину. При лабораторной технике тех времен раздельное определение ничтожного заряда и ничтожной массы микротелец оказывалось почти недоступным. А величина e/m входила в формулы для многих макрособытий, и потому попытки все более точного ее измерения не были тщетными.
Нетрудно понять, ожиданием какого результата томился Резерфорд.
Не отвлеченные философические рассуждения привели к открытию электрона: громадная величина e/m для этих заряженных корпускул — вот что в свое время ошеломило Дж. Дж. Вот что заставило его объявить о существовании в природе телец с массой в тысячу раз меньшей, чем у легчайшего из атомов — водородного. А Резерфорд уже знал, как трудно отклонить магнитным полем альфа-частицы. Он не сомневался, что величина e/m для них сравнительно невелика. Причин могло быть две: малость заряда «е» или значительность массы «m». Либо то и другое вместе. Но весь опыт физики убеждал, что заряда меньше электронного не бывает. Следовало ожидать, что у альфа-частиц масса велика — сравнима с массой целых атомов!
Но если это правда, думал он, то теория атомного распада сразу получит внушительное подтверждение. Станет ясно, почему испускание альфа-лучей приводит к таким глубоким последствиям, как превращение одного элемента в другой, Атом теряет ощутимую часть своей массы — изменяется его атомный вес! (Различие в атомных весах еще казалось тогда самым фундаментальным различием атомов — на этом построена была периодическая система Менделеева.)
Когда рассказывают об экспериментаторском гении Резерфорда, в ряду обязательных примеров всегда вспоминают и ту его осеннюю работу 1902 года. Но ее красота впечатляет только физиков-экспериментаторов. Они прощают ему, что он преодолел лишь половину технических трудностей дела, ибо знают им цену. Он сумел надежно измерить отклонение альфачастиц лишь в магнитном поле, а в электрическом — не сумел. Эффект был замаскирован побочными явлениями.
Все же к ноябрю он имел все основания дать первую правдоподобную оценку e/m, а заодно и скорости этих частиц. Но, готовя статью для «Philosophical magazine», он вынужден был предупредить читателей-коллег:
Эти результаты — только грубые приближения и просто показывают порядок величин. А величины были такие: скорость — примерно 25 тысяч километров в секунду, около 0,1 скорости света и e/m — примерно 6000. В тех же единицах по тогдашним заниженным данным e/m для водородного иона достигало 10 тысяч, а для электрона превышало 10 миллионов.
В день, когда Резерфорд сумел сделать свой подсчет, из его профессорской комнаты громко доносилось: «Вперед, со-оолдаты Христа…» И живо представляется, как повторялся один и тот же кадр: приоткрывалась дверь, и в ее проеме поочередно возникали фигуры его «мальчиков» — то Бэрнс, то МакКланг, то
Все понимали, что это значит для шефа. Для шефа и для атомной физики. Шесть тысяч почти в два раза меньше десяти. И следовательно, альфа-частицы почти в два раза тяжелее атомов водорода! Это при условии, что заряд у них минимальный, такой же, как у водородного иона: е= + 1. А если заряд их больше — скажем, 2е? Тогда и масса вдвое больше… И они уже равны по массе учетверенным атомам водорода… Скромнейшая арифметика кружила голову. В конце отчетной статьи Резерфорд позволил себе напророчествовать:
Способность радиоактивных веществ испускать, повидимому самопроизвольно, большие массы с громадными скоростями подтверждает ту точку зрения, что атомы этих субстанций устроены, по крайней мере частично, как быстро вращающиеся или колеблющиеся системы заряженных телец, весьма тяжелых по сравнению с электроном.
Так 10 ноября 1902 года Эрнст Резерфорд дал первый набросок своей будущей модели атома. Набросок грубый, как наскальный рисунок дикаря, но и столь же выразительный. Замечательны были незаметные слова — «по крайней мере частично». В них заключался на. чек на возможность неоднородного строения атома. При большом желании в них можно увидеть предвосхищение идеи атомного ядра, пространственно отделенного от электронов…
Вот когда действительно начался его альфа-роман.
Однако всю зиму 1902/03 года он не углублялся в новые исследования альфа-частиц: недоставало времени. У него в работе была первая его книга — обширная монография, задуманная как энциклопедия радиоактивности. Он приступил к делу еще летом и 1 августа написал матери, что надеется справиться с этой нелегкой задачей в течение года. Уведомление, что он пишет большую книгу, показалось ему хвастливым, и он, как всегда в таких случаях, постарался тут же отшутиться. Ему вспомнились строки из Экклезиаста: «Ты видишь, я пренебрег предписанием царя Соломона: „…составлять много книг — конца не будет, и много читать утомительно для тела“». За зиму из-под его пера вышел целый том — около 400 страниц энергичного текста. Мудрено ли. что той зимой он заставил себя все остальное отодвинуть на второй план. Даже альфа-частицы.
Но, как всякий влюбленный, он думал о них беспрестанно. Думал и тогда, когда прощался в Монреале с отъезжающим Содди и составлял свою разграничительную схему дальнейших исследований. Н тогда, когда покупал у Изенталя брауншвейгский бромид. И когда встречался с Кюри. И когда выступал в Саутспорте. Именно памятным летом 1903 года, в дни его путешествия по Европе — на отдыхе! — пришли ему в голову две догадки, столь важные, что он поспешил тогда же высказать их вслух.
Одна была очень определенной и прямо звала к действию.
Другая этим достоинством не обладала, но была несравненно значительней: в ней дремало все будущее атомно-ядерной физики. И его собственное будущее. И как показало время, наше — всечеловеческое — будущее тоже.
В Уэльсе шли дожди. Они шли с осенней безнадежностью, хотя над Британскими островами стоял август. Они наводили тоску на вдову де Рензи Ньютон, на Мэри, на маленькую Эйлин. И всего больше на главу святого семейства: он без компромиссов любил летом — лето, зимою — зиму. Нелегкая понесла их после Парижа, после Швейцарии в этот Северный Уэльс с его непроизносимыми географическими названиями и климатом, менее всего пригодным для каникул. Оставалось одно избавленье: работать! И обнесенный стенами дождя в местечке Беттус-и-Коэд, профессор Резерфорд работал.