Резерфорд
Шрифт:
Однако и это не делало атом Томсона правдоподобным. Его призрачная 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
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?
Он думал об этом в тихие дни рождества (на этот раз — тихие по сравнению с прошлогодними, «нобелевскими»), когда в доме на Уилмслоу-роуд собрались все его рисёрч-стьюденты и шла нескончаемая болтовня обо всякой всячине и он под испытующим взглядом Мэри старался говорить не громче и не дольше остальных. Его подспудные мысли — все о том же! — летели сквозь праздную беседу, как альфа-частицы сквозь атом: только чуть отклоняясь в стороны, совсем незаметно рассеиваясь.
Размышления о моделях Ленарда и Томсона были только эпизодами на его пути. И не очень существенными. В конце концов его мысли приходилось работать так, как если бы никаких атомных моделей до той поры вообще никто не придумывал. Так она и работала.
Прочной опорой для нее служило его собственное неопровержимое умозаключение, что атомы — средоточия сильных электрических полей. В принципе этого было достаточно, чтобы отражение альфа-частиц от атомов не выглядело сверхъестественным событием. Не нужно было даже предполагать, что эти внутриатомные поля сильнее, чем думалось прежде, когда речь шла о рассеянии на малые углы. Сразу напрашивался логичный вывод: отражение — суммарный эффект многих актов рассеяния. Это результат накопления малого отклоняющего действия бесчисленных атомов!.. Разве удивительно, если бегун, ворвавшийся в гущу народа, не желающего уступать ему дорогу, будет — после несчетных столкновений — выброшен из толпы в ту же сторону, откуда прибежал? Случай незаурядный, но возможный. Так ведь и в потоке альфа-частиц лишь одна из восьми тысяч претерпевает такое бедствие. Вот и объяснение чуда, похожее на правду…
Образ бегуна, затолканного толпой и постепенно растерявшего всю свою энергию, действительно годился для той доли альфа-частиц, что поглощались веществом мишени. Утратив первоначальную скорость и захватив блуждающие в металле электроны, эти неудачницы становились обычными атомами гелия. (Оттого-то в радиоактивных минералах искони накапливалась гелиевая примесь.) Хаотическое перемещение могло пригнать такие бывшие альфа-частицы и к той стороне мишени, с какой некогда они ворвались в нее. Но с отраженными альфачастицами дело обстояло иначе: они возвращались обратно, не став «бывшими» — не растратив своей колоссальной энергии.
И все-таки велик был соблазн — объяснить отражение, как результат многократного рассеяния альфа-частицы на малые углы. Среди кривых Гейгера-Марсдена одна показывала прямо, что с возрастанием толщины мишени количество отраженных частиц росло. Значит, им важно было углубляться в мишень — важно было встретить на своем пути побольше атомов. Тогда большая их доля возвращалась назад. (От мишени из двух листков золотой фольги за секунду отражались в среднем две частицы, а при толщине в шесть листков — пять частиц…) Действительно, складывалось впечатление, что эффект накапливается: пронизывая атом за атомом, удачливая частица отклоняется от своего прямого пути все ощутимей, так что атомные поля постепенно даже заворачивают ее обратно и она, описав в полете крутую кривую, появляется с той же стороны мишени, с какой влетела в нее. И чем больше атомов на пути альфа-потока, тем
И однако… Тут брала слово математика.
Теоретически капля воды на пылающей плите может замерзнуть: достаточно такой удачи, чтобы все быстрые молекулы покинули каплю одновременно; оставшиеся — объединятся в льдинку. Вот только вероятность подобной удачи столь мало отлична от нуля, что за все миллиарды лет истории нашей Галактики не появится и шанса на ее претворение в жизнь. Очень вероятно, что альфа-частица, летя сквозь тысячи атомов, в одном будет отклоняться в одну сторону, в другом — в другую, и в итоге рассеется на малый угол. Но вероятность того, что тысячи атомов, один за другим, будут поворачивать ее в угодную нам сторону, н только в эту сторону, такая вероятность почти равна нулю. И юный Марсден вместе со всеми своими потомками никогда не дождался бы этого желанного, но несбыточного события.
А оно сбывалось! Он его наблюдал — порою десятки раз в минуту. И от счета сцинцилляции уставали даже его молодые глаза. Спорить с логикой теории вероятностей было так же бессмысленно, как с лабораторными фактами. Следовало признать, что многократным — постепенным — рассеянием невозможно объяснить акты отражений альфа-частиц.
Что же оставалось?
Сегодня, издалека, все представляется совершенно элементарным. Выбора не было: понятию «многократно» противостоит понятие «однократно»; если что-то не может происходить постепенно, значит оно совершается сразу; над чем тут голову ломать?! Оставалось предположить, что альфа-частицы отражаются назад в единичных актах столкновений с атомами. Оставалось сказать, что в каждом таком событии лишь два героя: одна альфа-частица и один атом. Всякий раз это дуэт. И всякий раз. это дуэль. Атом побеждает. Альфа-частица возвращается вспять. Вот и поднят шлагбаум, чтобы двигаться дальше!
Между тем вскоре после рождественских каникул, в начале 1910 года, Гейгером была написана, а Резерфордом прочитана, одобрена и направлена в Королевское общество статья, где о различии между двумя видами рассеяния — малыми отклоненьями и отраженьями назад — говорилось так:
Сейчас не представляется полезным и обещающим дискутировать предположение, которое может быть сделано для объяснения этого различия.
Оттого-то Норман Фезер решил, что в Манчестере надолго — почти на год — забросили неблагодарную тему. «Резерфорд был поставлен в тупик», — заметил Фезер. И это, конечно, справедливо. Но только это! Нередки случаи, когда исследователи оставляют до лучших времен разработку бесперспективной проблемы: ждут новых опытных данных. Тут был иной случай. Нигде и ни разу Резерфорд не пожаловался, что ему не хватает фактов. А если бы их вправду не хватало, его мальчики не занимались бы другими делами. По крайней мере Марсден и Гейгер. Он сумел бы направить их поиски в нужную сторону. Нет, в тупик попала мысль. И тут надо было только думать, думать и снова думать. И лучших времен тут не предвиделось.
В процитированной фразе Гейгера — Резерфорда замечательна одна деталь: слово «предположение» там было написано в единственном числе. Это не стилистическая случайность. Это точность языка. Это было подчеркнутым указанием, что возможен единственный выход из тупика, да только не стоит о нем пока дискутировать, ибо ничего хорошего он не обещает впереди. Какой же выход? А уже знакомый нам — логически неизбежный: рассматривать всякий акт отражения, как итог столкновения альфа-частицы с каким-нибудь одним атомом мишени.
Так что же — стало быть, уже в начале 1910 года Резерфорд прекрасно видел поднятый шлагбаум? Конечно! Но он видел и другое: поднятый шлагбаум был нарисован на отвесной скале — он открывал дорогу, которой не было.
Оставалось думать.
И он думал.
Он думал — все о том же! — сидя за рулем четырехместного «уолслея-сиддлея», тарахтевшего по весенним дорогам Ланкашира, Дербишира, Чешира… С тех пор, как дошла его «очередь тратить деньги», лучшей игрушки он не мог бы себе завести. Тогда это была еще редкость — маститый профессор за рулем собственного автомобиля.