Текст книги "Резерфорд"

Автор книги: Даниил Данин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 45 страниц)

Я, конечно, оставлю это направление свободным для вас, по крайней мере до поры до времени.

Между тем радий уже прибыл в Лондон. И в тот же день Рамзай открыл, наконец, перед Резерфордом свои планы. Он написал:

Было бы бесконечно жаль делить радий… Так любезно было бы, если б вы согласились, чтобы он оставался у меня в течение известного времени… А через год или полтора я бы передал его вам.

Через год! Или полтора!

Потоки маорийских ругательств неслись 13 ноября 1907 года из кабинета ленгворсианского профессора. К маорийским прибавились канадские, когда из последующих строк письма Рамзая Резерфорд узнал, что и без венского займа тот располагал 100–150 миллиграммами радия!.. Сэр Вильям проговорился. Отлично понимая, что Резерфорд не пойдет ни на какую отсрочку, он приготовил и другое предложение – компромиссное: радий останется в Лондоне, но в его лаборатории будут собирать выделившуюся эманацию радия и раз в четыре дня будут отправлять ее в Манчестер поездом, дабы Резерфорду было с чем работать. А чтобы предложение выглядело вдвойне соблазнительным, Рамзай неожиданно добавил, что будет собирать радон не только с венских 388 миллиграммов, но и с собственных 100–150.

By thunder! Не будь Рамзай почти на двадцать лет старше него, Резерфорд высказал бы ему все, не обинуясь. Но надо было сдерживать себя. Он написал ответ, скрывавший гнев и бессилие. «Я разочарован… При таких условиях я не могу надеяться на сколько-нибудь серьезную работу…»

…Они писали друг другу через день. Неискренне благодарили друг друга за искренность. Оба не хотели делить радий пополам. Оба не умели уступить. Оба не стремились к удовлетворительному решению. Оба уверяли друг друга в совершеннейшем почтении, тая в подтексте непобедимое чувство собственного превосходства.

В этом вся суть. Когда бы только в радии было дело, они нашли бы путь к соглашению. Но великая дорога познания вся в маленьких кочках и ямах психологических свар. Высоколобые – избыточно чувствительные системы. В этом их несовершенство. Сказка о принцессе, страдающей от горошины под десятью перинами, написана не только о неженках, но и о гениях. Однако это их не избавляет от суда живущих рядом и идущих следом.

Рамзай был «физиком поневоле». «Химиком поневоле» был Резерфорд. Этой двойственности требовала от них сама радиоактивность. Но тут-то и скрывался источник их взаимного скептицизма. Сэр Вильям относился в те годы к Резерфорду-химику с покровительственной снисходительностью, как старший к младшему, как богомаз к маляру. С привкусом благодушного поучительства он позволял себе давать Резерфорду элементарные лабораторные советы. А у Резерфорда для химических дел были химики – он самообольщениями не страдал. И тон рамзаевских писем не мог не бесить его.

Через полвека с лишним, в 1961 году, на праздновании пятидесятилетнего юбилея открытия атомного ядра манчестерский ветеран Эрнст Марсден решился сказать, что рамзаевское отношение к Резерфорду было «непростительным грехом». (Не нужно удивляться слову «решился». Ученые соблюдают пафос дистанции – ждут, пока действующие лица и пристрастные зрители покинут зал, и только тогда роняют слово критической правды о великих своих современниках.)

А лежал ли и на Резерфорде непростительный грех? Конечно, для Рамзая не было тайной ироническое отношение новозеландца к его открытиям. Резерфорда извиняло лишь то, что эти открытия и на самом деле были вздорными.

Однако ясно, что соглашение между ними не могло состояться. Оно и не состоялось. Венская академия очень скоро узнала об этом. Но исполненная почтения к обоим, вмешиваться в их конфликт не стала. Она удвоила заем. 1 января

1908 года Резерфорд получил из Вены в полное свое распоряжение 400 миллиграммов хлорида радия! Они-то, эти нежданные 400 миллиграммов, и сослужили беспримерную службу атомной и ядерной физике.

Ни Резерфорд, ни венцы, к благу своему, не знали, что в маленькую эту историю со временем еще вмешается История с большой буквы – вражда государств, мировая война, алчность победителей и драма побежденных.

Остается повторить как присказку: вот так начались счастливые дни Манчестера.

4

И все-таки они начались для Резерфорда счастливо. В конце концов и территориальный конфликт с химиками и конфликт с Рамзаем были всего лишь неприятными эпизодами в прологе. Но даже пролога не могли они всерьез омрачить. Другая чаша весов была куда тяжелее. И среди прочих отрад лежала на этой чаше искреннейшая готовность всей ученой Англии дружелюбными акциями показать ему свою радость по поводу его возвращения из-за океана.

Теперь все было близко – Лондон и Королевское общество, Кембридж и Кавендишевская лаборатория… Легко доступными стали – на случай спора или совета – желанные встречи с высокими коллегами, Дж. Дж. и Рэлей-старший, СиТи-Ар и Рэлей-младший, Оливер Лодж и Вильям Крукс, Таунсенд и Лармор… – все были рядом, в пределах быстрой досягаемости. И даже великий старик – лорд Кельвин, доживавший последние месяцы своей громадной жизни, неизменно готов был подстегнуть пророка новой атомистики решительным несогласием или вдохновить решительным одобрением… Вечера в Барлингтон-хаузе – столичной резиденции Королевского общества, свидания с кавендишевцами на Фри Скул лэйн, приемы в Лестере – в дни конгресса Би-Эй… – всюду его приветствовали как блудного сына, вернувшегося, наконец, домой… И словно для того, чтобы окончательно удостоверить его бесспорную причастность к элите британской культуры, старый лондонский клуб «Атенеум» – клуб знаменитостей – избрал новозеландца своим членом. И едва он появился там, как сделался центром внимания других знаменитостей. Всем было интересно, что среди них, видных писателей, художников, общественных деятелей, оказался лидер самой современной и таинственной области физики – атомной! И вдвойне интересно было убедиться, что этот лидер – тридцатишестилетний атлет совсем неакадемической наружности… После того как Артур Шустер однажды представил его японскому министру просвещения барону Кикучи, тот осведомился: «Я полагаю, что Резерфорд, с которым вы меня познакомили, это сын прославленного профессора Резерфорда?»

Но, как и в годы Монреаля, не эта праздничная сторона существования делала счастливой манчестерскую жизнь «прославленного профессора Резерфорда». И даже радости отцовства лишь усиливали, но не определяли счастливость тех лет. И мир в семье – тоже.

Впрочем, надо, по-видимому, условиться об определениях.

Чехов написал однажды: «Если бы я целый день работал, то был бы доволен и счастлив». Он сказал это за всех великих тружеников искусства-науки. (В мире культуры искусство-наука нечто нерасторжимое, как пространство-время или энергия-масса в мире природы.)

Резерфорд жил в согласии с чеховской формулой счастливого течения жизни… Когда в марте 1908 года пришло из Италии сообщение, что Туринская академия наук наградила его премией Бресса, – «384 фунта стерлингов за открытие изменчивости материи и эволюции атома», – газета «Манчестер гардиан» послала своего корреспондента в университет Виктории взять интервью у лауреата. Корреспондент спросил привратника, в какие часы работает профессор Резерфорд. И услышал в ответ: «Никто не может сказать, когда он покидает лабораторию и уходит домой».

Однако он вовсе не одобрял манеру многих рисёрч-стьюдентов засиживаться за лабораторным столом допоздна. «Ступайте-ка домой и думайте, мой мальчик!» – говаривал он, в одних случаях – тоном совета, в других – тоном приказа. Говаривал в Монреале и в Манчестере. Говаривал демонстраторам и докторам.

Противоречие? Только кажущееся. Думать было разновидностью работы. И не равноправной с другими: это была единственная непрерывная разновидность исследовательского труда. К тому же требующая отъединенности. И по возможности – тишины. Не оттого ли любил он лабораторные вечера? Непрерывность исканий входила в его неписаную формулу счастливого устройства жизни. И нам еще предстоит узнать, как счастливейшая из его идей забрезжила перед ним не в будний рабочий день, а то ли за кружкой пива в баварском трактире, то ли под музыку Гайдна и Шуберта в воскресном концерте, то ли в ночной тишине брюссельской гостиницы, то ли на старых причалах в шотландском порту, то ли, наконец, в двух милях от лаборатории – за домашним столом на Уилмслоу-роуд, 17…

Это была идея существования атомного ядра.

И хотя забрезжила она не в 1908 году, а в 1910-м, сегодня видно, что шел он к ней прямой дорогой с первых дней манчестерской поры Предмет исследований по-прежнему назывался радиоактивностью – и только. Главный метод – электрическим, не более. Но в действительности шло уже зарождение ядерной физики, и зрел уже ее генеральный метод проникновения в структуру микромиров. «Мы делали больше, чем понимали», – много лет спустя сказал Резерфорд.

Замечательно, что он сказал это именно для того, чтобы объяснить, почему дни Манчестера были счастливыми.

5

А внешне ход событий выглядел так, точно всего лишь продолжался его альфа-роман.

…Был день на исходе лета, когда он впервые плотно уселся в свое новое профессорское кресло у письменного стола в шустеровском кабинете. За открытым окном лежало городское небо, слепленное из тумана и дыма. А ему, как всегда, хотелось ясных далей. Он достал чистый лист бумаги и сверху написал: «Возможные исследования». Следовало привести свои размашистые надежды в разумное соответствие с ресурсами лаборатории и с реальными силами ее штата.

Сразу определились два круга проблем. Продолжение прежнего – шустеровского – он свел к шести пунктам. Новое – свое, резерфордовское – объединил под испытанным названием: «радиоактивные эксперименты». И там оказалось 24 пункта. Норман Фезер видел этот исторический документ и отметил, что проблемы были там записаны «в совершенно случайном порядке». И в самом деле: пункт 7-й гласил – «Рассеяние альфа-лучей», а пункт 21-й – «Число альфа-частиц, испускаемых радием». Важнейшим темам были отведены неподобающие места. Так, может быть, Резерфорд просто не догадывался тогда, что они важнейшие?

Едва ли…

Еще в Канаде, изучая отношение заряда к массе у альфачастиц, он заметил, что они претерпевают рассеяние в веществе. Этот физический термин не метафора: можно было количественно наблюдать отклонение частиц от прямолинейного пути полета. Узкий альфа-луч, пронизав тонкий слюдяной листок или алюминиевую фольгу, чуть расширялся – рассеивался. Эффект казался пустячным: фотопластинки зарегистрировали отклонения примерно на 2 градуса – не больше. Может быть, и даже наверное, доля частиц отклонялась и на большие углы от оси луча, но доля эта была так невелика, что вызванное ею почернение пластинки обнаружить не удавалось. Однако и малого рассеяния для Резерфорда было достаточно, чтобы тотчас почуять за этим ничтожным физическим событием нечто чрезвычайно важное.

Толщина слюдяного листка была всего 0,003 сантиметра. Три тысячных сантиметра… И на таком малом пути электрические силы внутри вещества успевали заметно отклонить летящие с громадными скоростями довольно массивные частицы! Он тогда же сделал небольшой расчет и убедился: для того, чтобы сместить линию полета альфа-частицы даже всего на 2 градуса, требуется силовое поле с разностью потенциалов примерно в 100 ООО вольт на сантиметр. И в июне 1906 года в статье для «Philosophical magazine» он написал:

Такой результат ясно показывает, что атомы вещества должны быть средоточием очень интенсивных электрических полей; этот вывод гармонирует с электрической теорией материи.

Вот какую важную информацию принесло первое же количественное исследование рассеяния альфа-частиц. Так резонно ли предполагать, будто годом позже, в Манчестере, он потому поставил эту проблему на седьмое место, что не догадывался об ее первостепенном значении?

Едва ли Фезер прав, что Резерфорд записывал темы в совершенно случайном порядке. Отчего одно всплывает в памяти раньше другого? Тут сказываются какие-то неявные повелевающие стимулы… В тот день и в тот час Резерфорд был прежде всего шефом лаборатории – распорядителем работ. И, составляя перечень возможных исследований, он думал не столько об их относительной важности, сколько о своих мальчиках, еще мало ему знакомых, но уже доверившихся его власти. Он примерял проблемы к их прежним интересам и лабораторным репутациям. «Что увлечет Ретцеля из Лейпцига? Пожалуй, вот это… А что будет перспективней всего для японца Киношиты? Пожалуй, эманация актиния… А для Брилля, когда он переберется сюда от Рамзая?.. А для Маковера?.. А для Ройдса?..» Словом, он составлял свой перечень проблем, менее всего размышляя о будущей истории физики. И потому «Рассеяние» попало на седьмое место. И потому совсем не случайно другая первостепенная тема, в тот момент наиважнейшая для него, – «Число альфа-частиц, испускаемых радием», – очутилась лишь в самом конце списка – под пунктом 21.

Он оставлял ее за собой – оттого она и очутилась в конце.

А кого он возьмет себе в помощники? Естественно было предложить эту роль ассистенту прежнего шефа. Такое решение было и достаточно надежным – ассистентом у Шустера не мог быть слабый физик и дурной человек.

Итак, всего лишь продолжался его альфа-роман.

6

27 января 1908 года Резерфорд написал Отто Хану длинное деловое письмо. Там были строки:

Я забыл, рассказывал ли вам, что мы научились детектировать единичную альфа-частицу электрическим методом…

Я работаю с д-ром Гейгером – одним из Ваших соотечественников… Он превосходный экспериментатор, и это большая подмога для меня… Вы-то сумеете по достоинству оценить важность счета альфа-частиц.

Сомнительно звучит начало этого дружеского сообщения – «я забыл…»! Вообразите письмо Наполеона: «Я забыл, рассказывал ли вам, что выиграл битву при Риволи…» Это отдает наигранной небрежностью победителя, для которого очередная победа – зауряднейшее происшествие. Но верно и другое: в обширной своей переписке Резерфорд привык так щедро оповещать коллег об осенивших его замыслах и лабораторных свершениях, что мог и вправду забыть, кому о чем успел уже рассказать.

В те же дни он известил о первом своем манчестерском успехе и профессора Ива, оставшегося в Монреале его преемником. Между тем в Физикс-билдинге еще хорошо помнили, как негодовал их недавний шеф на безуспешность всех своих тамошних попыток засечь отдельную альфа-частицу именно электрическим методом. Помнили, как он придумал остроумную уловку, чтобы пропускать частицы в ионизационную камеру не толпой, а гуськом – поодиночке: повесил на пути альфа-потока качающийся маятник с крошечным отверстием посредине. Удачливая частица, успевшая проскочить сквозь это отверстие, должна была вызывать ионизацию газа в камере. Скачок стрелки электрометра показывал бы, что частица сделала свое дело. Может быть, затея с маятником была и удачна, но убедиться в этом он не смог: ионизационный эффект от одной частицы оказался в обычной камере столь ничтожным, что зарегистрировать его не удалось… Теперь, получив письмо из Манчестера, Ив ломал голову, пытаясь догадаться, какое же решение сумел найти Резерфорд вместе с никому еще не ведомым д-ром Гейгером. Зная Резерфорда, он был только уверен, что найдено нечто совсем простое.

А Отто Хану не нужно было мучиться догадками. Возможно, оттого, что был он химиком, Резерфорд постарался в двух словах объяснить ему физическую суть найденного метода:

Метод состоит в том, чтобы через маленькое отверстие, закрытое тонкой слюдой, выстреливать альфа-частицей в цилиндр длиною около 60 сантиметров, в котором воздух находится при давлении примерно в 30 сантиметров. Там по центру протянута тонкая проволока и приложено напряжение приблизительно в 1000 вольт, готовое вот-вот вызвать разряд. При таких условиях ионизация, производимая в газе одной альфа-частицей, возрастает благодаря столкновениям ионов в 2000 раз.

Ив не обманулся. Придуманное отличалось обычной резерфордовской простотой.

Когда-то, в дни докторантуры у Томсона, Таунсенд открыл, что ионы, порожденные в газе внешним облучением, сами могут, в свой черед, ионизировать встречные молекулы. Надо только снабдить их достаточной энергией и помешать все новым и новым ионам вновь воссоединяться, нейтрализуя друг друга. Тогда ионизация пойдет нарастать лавиной. В принципе для этого довольно создать в ионизационной камере сильное электрическое поле. В этом и состоял замысел Резерфорда – Гейгера. Для этого-то они и протянули по оси бронзового цилиндра тонкую проволоку. Они присоединили ее к одному полюсу батареи, а поверхность цилиндра – к другому. Внутри камеры появилось нужное поле.

Слабенький процесс ионизации, спровоцированный всего лишь одной альфа-частицей, ворвавшейся извне, мог теперь стремительно развиваться. Происходил почти мгновенный разряд. Так один камешек, свалившийся на неустойчивую осыпь, вызывает обвал.

Вместо маятника с дыркой Резерфорд и Гейгер придумали более верный способ пропускать альфа-частицы в камеру по одиночке. Крупицу радия-С – хороший источник альфа-лучей – они поместили в дальнем конце узенькой стеклянной трубки длиною в четыре с половиной метра. Элементарное соображение: лишь малая доля частиц, разлетавшихся от источника во все стороны, могла попасть в этот канал и благополучно долететь до другого его конца – до слюдяного окошечка в стенке бронзового цилиндра. Ясно, что из трубки был откачан воздух, иначе ни одна альфа-частица вообще не долетела бы до камеры: всю свою энергию она растрачивала бы по дороге на столкновения с молекулами.

Эта странная, распластанная в длину, опутанная проводами, обросшая насосами, батареями, измерительными приборами, вздыхающая и потрескивающая экспериментальная установка показалась бы совершенно непонятной в эпоху доатомной физики. А сегодня она рисуется нашему воображению уже как паровозик Стефенсона, как бипланчик братьев Райт…

Через слюдяное окошко в камеру проникали три-четыре альфа-частицы в минуту. Иногда их бывало только две, иногда – пять. Но в том-то и заключался успех, что можно было безошибочно сказать, сколько их посетило бронзовый цилиндр! Появление каждой сопровождалось коротким всплеском электрического тока, и стрелка электрометра совершала скачок в среднем на десять делений шкалы. Незримое микроявление усиливалось до легко наблюдаемого макрособытия.

Та цилиндрическая ионизационная камера с проволочкойприманкой была первой моделью ныне столь популярного счетчика Гейгера – несложного лабораторного инструмента, ставшего в наш ядерный век одной из тревожащих «примет времени» вместе с тяжелой водой и стронцием-90. Резерфорд и Гейгер смотрели тогда в атомное грядущее беспечально. И в заключительных строках своей совместной работы, опубликованной летом 1908 года «Трудами Королевского общества», без всякого исторического глубокомыслия предсказали большое будущее электрическому методу регистрации радиоактивных излучений. Они отметили, между прочим, что этим методом «можно будет детектировать и единичные бета-частицы». Других излучений, несущих заряд, тогда еще не знали.

И других применений для научных приборов не предвидели…

Когда Резерфорд написал Отто Хану, что тот сумеет по достоинству оценить важность счета альфа-частиц, он, разумеется, вовсе не льстил своему младшему другу. Да и согласитесь, трудновато вообразить себе льстящего Резерфорда! Конечно, Отто Хан сразу понял, что теперь в Манчестере будет, наконец, достоверно установлена природа альфа-лучей. И прежде всего – величина электрического заряда этих телец.

Со времени памятных дождей в Северном Уэльсе Резерфорд не сомневался в тогдашней своей догадке, что альфа-лучи – поток ионизированных атомов гелия. Но даже самая жаркая убежденность исследователя еще не служит доказательством его правоты.

Да, отношение заряда к массе у альфа-частиц позволяло утверждать, что это тяжелые атомные тельца. Помните, измерения дали для альфа-частиц примерно 5000, а для водородных ионов – примерно 10 000. Иначе говоря, если для ионов водорода Н+ это e/m, то для альфа-частиц получалось e/2m. Но ионы гелия не в два, а в четыре раза массивней водородных: их масса в водородных единицах равна 4 т. Для того чтобы гелиевая гипотеза не рухнула сразу, оставалось предположить удвоенную щедрость природы: снабдив альфа-частицы массой не в 2 т, а в 4 т, она придала им и удвоенный заряд – не 1е, а 2е. Тогда отношение заряда к массе сохранялось как раз таким, какое показали измерения. Так получалось, что если альфачастицы действительно атомы гелия, то наверняка дважды ионизированные атомы. Короче – ионы Не+ +. Вот эту малость и требовалось доказать, дабы жаркая убежденность стала еще и достоверным знанием.

Почти пять лет Резерфорду приходилось довольствоваться косвенными соображениями в пользу гелиевой гипотезы. А теперь заряд альфа-частицы можно было определить чуть ли не прямым измерением! Надо было экспериментально получить два числа: суммарное количество электричества, переносимое всем альфа-излучением крупинки радия за определенное время, и количество частиц, испускаемых такой же крупинкой за тот же срок. А потом разделить первое число на второе… Задача необременительная.

Но и вправду необременительной была лишь эта последняя процедура – арифметическая. Хан, наверное, ожидал, что уже в следующем письме Резерфорд сообщит ему найденную в Манчестере величину заряда альфа-частицы. Однако время шло, а до арифметической процедуры дело все не доходило. Тремя десятилетиями позже уже стареющий профессор Берлинского университета Ганс Гейгер, вспоминая о той первой работе с Резерфордом, написал: «Было много затруднений, которых сегодня даже нельзя понять». Столкнулись тонкость экспериментальной программы и примитивность лабораторных средств. В своей статье о счете альфа-частиц они вынуждены были дать тогда целую главу – «Экспериментальные трудности». Не для того, чтобы снискать аплодисменты коллег, а для того, чтобы предупредить о возникающих сложностях всех, кто захочет повторить их измерения.

Гейгер говорил, что замысел той работы принадлежал Резерфорду. А Резерфорд утверждал, что без Гейгера он ничего бы не сделал. Оба говорили правду.

7

Очень хочется снова сказать, как повезло Резерфорду! В несчетный раз. Надо же было, чтобы в университете Виктории ему тотчас встретился такой великолепный помощник и соавтор. Но на примере Гейгера зарождается подозрение: а не делал ли сам Резерфорд столь великолепными своих помощников и соавторов?

Актеру нужна достойная роль, чтобы раскрылся его талант. И режиссерская воля, чтобы выявился максимум его возможностей. Если так, то не вернее ли, что в Манчестере повезло Гансу Гейгеру?! Он нашел для себя эпохального драматурга и эпохального режиссера. (Как всегда в таких случаях, пьеса варьировала миф о Пигмалионе.)

Он появился в Манчестере на год раньше Резерфорда. Двадцатипятилетний доктор философии из Эрлангена стал ассистентом у Артура Шустера. И никаких громких дел за минувший год не совершил. Вел вполне солидные и тихие лабораторные работы. И сам был не по возрасту вполне солиден и тих. Видимо, ему недоставало английского чувства юмора или чувства английского юмора: он единственный из манчестерских «мальчиков Резерфорда» не позволял себе даже заглазно называть шефа общепринятым «Папа».

…Юмористический повод послужил катализатором для возникновения этого прозвища, хоть и фамильярного, но искреннейше-почтительного. Физики не пропускали новых программ в старом манчестерском мюзик-холле. И очень смеялись, когда популярные актеры Формби и Тэйт однажды показали скетч на модную тему – «Езда на автомобиле». Там, в веселой перепалке автомобилистов, отца и сына, промелькнула шутка, названная Андраде «научной».

– Я знаю, почему твои колеса не желают вертеться, папа…

– Ну, почему, мой мальчик, почему?

– Да потому что им полагается иметь два-пи-эр, а у твоих – четыре-пи-эр…

Конечно, это было смешно придумано. Неважно, что многим зрителям, забывшим школьные премудрости геометрии, приходилось спрашивать у соседей: «А что тут смешного?» Физикам не приходилось… Они стали называть Резерфорда Папой: все в нем самом и все, связанное с ним, было сверхобычным, словно и впрямь посягающим даже на законы математики и требующим для полноты своего описания не два-пиэр, а четыре… А колеса его при этом вертелись – да еще как!

Однако Гансу Гейгеру чудился в этом прозвище, по свидетельству Гарольда Робинзона, недостаток уважительности. («Если он так думал, то ошибался», – излишне пояснил Робинзон.) Вместо «Папа» Гейгер придумал для шефа свое прозвище – «Проф». И можно поручиться, что он еще внутренне содрогался от собственной отваги: для его немецкой дисциплинированности это было подвигом – уступить вольному духу резерфордовского клана половину должной почтительности к шефу! Но с немецкой точностью уступил он ровно половину.

Был он величайшим аккуратистом. И редким знатоком лабораторного инструментария. И воплощенным долготерпением. И сверх того – прекрасно образованным физиком. И конечно, этих добродетелей вполне достало бы, чтобы попасть когда-нибудь в рай. Но бури в науке поднимают грешники, повинные в непослушании…

Резерфорд превратил Гейгера в грешника. Он соблазнил его ролью, какую тот едва ли рискнул бы взять на себя сам. И потому, вспоминая через тридцать лет, как начиналось открытие структуры атома, Ганс Гейгер написал в своих мемориальных заметках о Резерфорде.

Никто из нас, молодых людей, работавших в лаборатории, не знавал его прежде, но теперь, когда он появился здесь, мы достаточно быстро почувствовали, что идем навстречу великим временам.

Признание, которому можно, безусловно, поверить, ибо Гейгер был из тех, кто не умеет восторженно преувеличивать.

Но что он, собственно, хотел сказать? Неужели и вправду, занимаясь всего лишь успешным счетом альфа-частиц, можно было уже почувствовать, что наступают великие времена, то есть эпоха расшифровки атомной структуры?

Ганс Гейгер думал о другом – об окрыляющей атмосфере подъема, какая воцарилась в лаборатории с приходом нового шефа. Нечаянно он объяснил секрет возвышающего влияния Резерфорда. Отчего так популярен рассказ о французе, повелевшем слуге будить его каждое утро словами: «Вставайте, граф, вам предстоят великие дела!»? Впечатляет энергия оптимизма. И откровенность веры в свою предназначенность. Покоряет стремление поддерживать эту веру негаснущей.

Резерфорд был ежеутренним слугой оптимизма у себя и своих мальчиков.

Гансу Гейгеру следовало добавить фразу: «И мы, молодые люди, быстро почувствовали, что становимся иными, чем были прежде».

8

Итак, решалась проблема № 21. До самой весны 1908 года Резерфорд и Гейгер боролись с экспериментальными трудностями, «которых сегодня нельзя даже понять». Зато, когда летом дело дошло, наконец, до арифметических процедур, они смогли уверенно заявить: величина заряда альфа-частицы равна 9,3·10^–10 электростатических единиц.

9,3… – это было интересное число. Ожидавшееся и неожиданное. Ожидавшееся – потому что оно подтверждало гелиевую гипотезу: да, альфа-частицы – это ионы с удвоенным водородным зарядом – 2е. И неожиданное – потому что оно заставляло признать слишком малыми все предшествовавшие оценки самой величины «е».

Таких оценок существовало уже довольно много, ибо речь шла о значении фундаментальной физической константы нашего мира – о величине элементарного электрического заряда! Как скорость света «с» или постоянную Планка «h», ее нужно было знать со всею доступной точностью. (Надо ли напоминать, что «е» у иона водорода по абсолютному значению то же, что у электрона, но только у водородного иона «+е», а у электрона «—е».) С того самого времени, когда электрон был достоверно открыт в Кавендишевской лаборатории, разные исследователи на разные лады многократно измеряли эту величину. Все получали для «е» десятимиллиардные доли электростатической единицы заряда (10^–10), однако число таких долей у всех было разным:

у Таунсенда – 3,0·10^–10 (1898 и 1904);

у Дж. Дж. Томсона – 3,4… (1903);

у Г. Вильсона – 3,1… (1903);

у Р. Милликена – 4,06… (февраль 1908);

у Б. Болтвуда – 4,1… (июль 1908).

Ни одно из этих чисел не могло обрадовать Резерфорда и Гейгера. Сравнивая с ними свое 9,3 для альфа-частицы, что они должны были подумать?

Неужели правы были Таунсенд, Томсон, Вильсон и «е» равно примерно 3,0·10^–10? Тогда число 9,3 показывает, что альфа-частица несет не два, а три элементарных заряда. Но если у альфа-частицы утроенный водородный заряд (3е), то она обладает ушестеренной водородной массой (6m). Этого требует надежно установленное отношение заряда к массе для альфа-частицы. И стало быть, она вовсе не ион гелия, чей атомный вес равен 4m. А если так, то и энергия ее движения в полтора раза больше предполагавшейся. И следовательно, прежние расчеты теплового эффекта радия становятся несостоятельными. Словом, хорошего мало…

Числа Милликена и Болтвуда были утешительней. Все-таки «е» у них равнялось примерно 4,0·10^–10, и вариант тройной заряженности альфа-частицы отпадал сразу: 3·4=12 – неправдоподобно много по сравнению с найденным числом 9,3. Но до благополучия и тут было далеко: двойная заряженность должна была бы, по Милликену, выразиться цифрами 8,12, а по Болтвуду – 8,2. Расхождение с величиной 9,3 снова оказывалось слишком грубым. Правда, не настолько, чтобы усомниться в гелиевой гипотезе, но достаточно грубым, чтобы не считать ее корректно подтвержденной.

Конечно, у Резерфорда и Гейгера был простейший выход: взглянуть друг на друга с досадой и признать, что электрический метод счета альфа-частиц ввел их в обман. Но они слишком заботливо вынашивали свое детище, чтобы осудить его так легко. Само число 9,3·10^–10 появилось в их расчетах после того, как они критически взвесили вероятные ошибки измерений. Оно заслуживало доверия.

Оно, безусловно, заслуживало доверия. И потому оставался еще один выход: объявить не заслуживающими доверия все предшествовавшие оценки «е». Резерфорд и Гейгер подвергли анализу условия экспериментов, в которых эти оценки были получены, и установили: ошибки опытов у их предшественников могли достигать 15–30 процентов, если не больше! Это спасало положение. Это позволяло не сравнивать 9,3 с чужими данными для «е», а напротив – дать свою собственную оценку величины элементарного заряда. Так, решая уравненьице 2е = 9,3…, они проделали последнюю арифметическую процедуру и провозгласили:

е = 4,65·10^—10

Может быть, все это не заслуживало бы такого подробного рассказа, если б не одно знаменательное обстоятельство.