У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро

Оррит Роджер Чорче

Радиоактивность интерпретировалась как новый источник тепла, который мог согревать Землю изнутри. Так расчеты Кельвина, при всей их правильности, происходили от неточной гипотезы. Этот источник мог также подпитывать и Солнце, таким образом, Земля могла начать свое существование значительно раньше, чем предполагал маститый ученый, а также продолжать его в течение невообразимо длительного времени согласно физическим законам, известным в XIX веке.

По расчетам Кельвина, до затухания Солнцу оставалось пять или шесть миллионов лет, Резерфорд же говорил — что сотни миллионов. Старого лорда Кельвина новая наука о радиоактивности не смогла убедить,

несмотря на то что, по его же собственным словам, он внимательно изучал ее.

ЭНЕРГИЯ

Другим аспектом, на который не могли не обратить внимание действующие лица эпопеи радиоактивности — Кюри, Резерфорд и Содди, — было огромное количество энергии, выделявшейся изнутри материи, как если бы атомы были неистощимым источником энергии, а радиоактивность представлялась малозначительным процессом утечки энергии. Подвергая замороженную воду воздействию радия, можно было наблюдать, что вода испарялась меньше чем за час. Не будем упоминать о многочисленных ожогах, из-за чего Пьер и Мария Кюри работали с забинтованными руками. Резерфорд и Содди сделали оценку энергии, выделявшейся из грамма радия после всех трансформаций, она равнялась десяти тысячам миллионов калорий. Эта энергия содержалась в материи, и если бы кому-то удалось бесконтрольно выпустить ее, этот кто-то разом покончил бы с известным нам миром.

В 1903 году Резерфорд и Содди уже заявили, что радиоактивность связана с энергией, не соответствующей реакциям:

"Радиоактивность понимается как результат процесса, лежащего вне сферы известных контролируемых сил... Все эти замечания приводят к выводу, что энергия, клокочущая в атоме, должна быть огромной по сравнению с энергией, свободно выделяющейся при обычном химическом обмене".

Также они предвидели, что энергия, сконцентрированная в радиоактивных атомах, в действительности могла быть внутренним свойством всех типов атомов, существующих во Вселенной:

"Нет никаких причин утверждать, что эти огромные количества сокрытой энергии характеризуют лишь радиоактивные элементы".

Первым, кто задумался о связи массы и энергии, был именно Содди. Он решил, что, возможно, существует связь между потерей массы радия при его трансформациях с освобожденным количеством энергии. По этому вопросу Содди заверял:

"Вероятно, вся тяжелая материя в латентном и связанном со строением атома виде обладает схожим количеством энергии, которая имеется у радия. Если бы ее можно было выделить и поместить под контроль, это изменило бы судьбу мира! Тот, кто взял бы в свои руки рычаг, которым бережливая природа регулирует выдачу из этого хранилища энергии, получил бы оружие, которым мог бы при желании разрушить Землю".

Позже Альберт Эйнштейн ввел известную формулу Е =mc², которая объясняла, что масса находится в прямой зависимости от энергии. Однако формула Эйнштейна не показывала, как получить энергию из материи; она лишь констатировала связь. С другой стороны, в момент публикации уравнения результат был проигнорирован, его влияние на последующие события было косвенным. Ученые того времени рассматривали радиоактивность как неожиданный источник энергии, и казалось, нужно подождать, чтобы определить, как человечеству надлежит воспользоваться этим богатством.

Касательно этого вопроса имелись различные мнения.

В конце жизни, в 1933 году, Резерфорд очень осторожно и скептически высказывался о возможностях использования энергии:

"Мы не можем контролировать атомную энергию так, чтобы она имела коммерческую стоимость, думаю, нам это никогда не удастся. О трансмутации было сказано много глупостей. Наш интерес к материи чисто научный, а наши эксперименты помогут лучше понимать строение материи".

Несмотря на это, получили распространение шутки, которые Резерфорд раньше отпускал по поводу энергии атомов. Так, часто вспоминают о том, как ученый использовал сравнение с рычагом Архимеда, которым можно было сдвинуть мир, только в его устах этот рычаг становился детонатором:

"Если бы было возможно найти подходящий детонатор, можно было бы представить, что волна от атомного распада, возникнув внутри материи, превратит наш старый мир в пыль".

Полушутя-полусерьезно он добавлял, что, возможно, "какой-нибудь дурак в лаборатории сможет неожиданно взорвать Вселенную". Содди, напротив, был более оптимистичен и полагал, что ядерная энергия обещает нам лучший мир и благодаря ей Земля сможет превратиться в "улыбающийся Эдем".

ОТ МАКГИЛЛА К НОБЕЛЮ

Когда Резерфорд еще работал в Макгилле, он начал понимать, что его открытия могут принести ему Нобелевскую премию. С другой стороны, он считал, что премия найдет его лишь через несколько лет и после наставника, Дж. Дж. Томсона. Единственное, чего он не предусмотрел, так это того, что премия будет не в области физики, а химии, к которой он не чувствовал особой симпатии.

Нобелевская премия по физике была учреждена в 1901 году и впервые была присуждена Рентгену за открытие икс-лучей. В 1903 году премию получили Пьер и Мария Кюри совместно с Беккерелем. Радиоактивность относилась к важнейшим открытиям эпохи, и логично было предположить, что Резерфорд будет вознагражден за огромную работу, которую он проделал.

Однако несмотря на замечательные результаты исследований и средства, которыми Резерфорд располагал в Макгилле, со времени своего приезда он не скрывал желания вернуться в Европу. Он чувствовал себя изолированным от центра научной жизни и был убежден, что его пребывание в Канаде будет настолько кратким, насколько это возможно. Он так и сказал об этом жене: "Не думаю, что ты будешь против, чтобы я остался в Канаде еще несколько лет, но, между нами, я не вижу возможности остаться здесь надолго и надеюсь однажды вернуться в Европу".

Если я хочу претендовать на Нобелевскую премию в ближайшие годы, мне нужно продолжать работу.

Эрнест Резерфорд в письме супруге, 1905 год

Шотландский химик Уильям Рамзай, Нобелевский лауреат по химии 1904 года, за работой в лаборатории.

Уильям Томсон, лорд Кельвин, помимо прочего известный своим исследованием по определению возраста Земли.