Текст книги "У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро"
Автор книги: Роджер Оррит
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 8 страниц)
Резерфорд, напротив, никогда не говорил о проблемах со здоровьем, несмотря на то что бесчисленное количество раз подвергался облучению. В конце концов и общество почувствовало негативное воздействие радиоактивности. Любопытные явления, свойственные радию, например свечение в темноте, использовались в военных целях. Между 1918 и 1928 годом начали продавать лекарственный препарат «Радитор» со следами радия, он применялся как эликсир долголетия, но на самом деле действовал отравляюще. Были и другие средства, якобы защищавшие от выпадения волос, сулившие всевозможные чудеса, но все это оказалось обманом. Мария Кюри одна из первых осознала, что если радиация убивает здоровые клетки, таким же образом она может прекратить размножение больных, раковых клеток. Так был открыт путь к использованию радиотерапии.
Пьер и Мария Кюри в парижской лаборатории, где они сделали столько невероятных открытий.
На следующий год Резерфорд вновь отправился в Европу и, воспользовавшись случаем, провел две лекции. Одна из них – ежегодная Бейкерианская лекция в Королевском обществе – стала большой честью для него. Выступая, ученый изложил свои новые идеи о радиоактивном распаде. Вторая лекция касалась возраста Земли; как мы уже говорили, в аудитории присутствовал и лорд Кельвин.
Так как радиация и физика частиц начали оформляться в самостоятельную дисциплину, возникла необходимость в издании соответствующего учебника. Резерфорд взялся за дело, и в 1904 году вышел первый учебник " Радиоактивность". Труд был посвящен Дж. Дж. Томсону; прочитав книгу, он сказал: "Резерфорд не только расширил знания в этой области, но и присоединил новую провинцию".
Слава Резерфорда распространялась по всему миру, многие блестящие студенты отправлялись в Макгилл, чтобы поработать рядом с новозеландским гением. Одним из таких студентов был Отто Ган, будущий Нобелевский лауреат по химии 1944 года за эксперименты по расщеплению ядра. В 1906 году в журнале Nature (который вместе с Science разделяет славу крупнейших научных неспециальных изданий) была опубликована посвященная Резерфорду статья, о его студентах можно было прочитать следующее:
«Профессор Резерфорд собственным энтузиазмом и энергией вдохновляет своих студентов на исследования. Он следит за получаемыми ими результатами и радуется их открытиям как своим собственным. Он – воплощенное великодушие, он всем сердцем верит в тех, кто проводит исследования под его покровительством».
Все его сотрудники были свидетелями справедливости написанного в статье. Содди, Марсден, Гейгер, Джеймс Чедвик – все могли подтвердить, что Резерфорд полностью доверял ученикам, а его энтузиазм вдохновлял их.
Когда слава его стала расти, Резерфорду начали поступать предложения от американских университетов, на тот момент они не особенно были известны и предлагали незначительное жалование. Также ему пришло предложение из Лондона, но тоже довольно скромное, и Резерфорд отказался.
А в 1906 году наконец поступило предложение его мечты.
В Манчестерском университете была одна из лучших физических лабораторий того времени, и возглавлял ее Артур Шустер.
Шустер собирался покинуть свой пост, но, уходя, поставил условие: его место должен занять Резерфорд. Для Эрнеста это был прекрасный повод вернуться в Соединенное Королевство и приступить к реализации своих передовых исследований в лаборатории столь высокого уровня. Одной из первых своих аспиранток в Макгилле Харриет Брукс, которая с ним, а также с Марией Кюри работала над вопросом определения атомной массы радона, Резерфорд предложил последовать за ним и воспользоваться одной из стипендий. Однако Брукс отказалась, так как собиралась замуж и намеревалась окончательно оставить карьеру.
Даже в The New York Times напечатали заметку об отъезде Резерфорда из Канады. В Макгилле Резерфорд опубликовал 60 научных работ, 19 из которых – в соавторстве с Содди. Он снискал мировую славу, его работы получили широкое признание, при этом его отъезд отнюдь не означал закат карьеры.
Огромное хранилище скрытой энергии находится в самих радиоактивных атомах.
Эрнест Резерфорд
Резерфорд прибыл в Манчестер осенью 1907 года, и первой его заботой стало получение радиоактивного материала. Институт радия Австрийской академии наук предложил Резерфорду разделить материал, отправленный также Рамзаю. После споров между учеными (Рамзай собирался передать Резерфорду образцы по завершении своих опытов) из Вены прислали подтверждение, что вышлют отдельные образцы для Резерфорда. Другой важной задачей было найти первоклассного помощника. На этот раз им стал Ханс Гейгер, приехавший в 1906 году из немецкого Эрлангена, чтобы работать с Шустером.
В Манчестере первые исследования Резерфорда были посвящены анализу альфа-частиц, который он начал в 1902 году. Он хотел убедиться в их составе, о чем писал несколько лет назад, и намеревался доказать, что это один и тот же вид излучения вне зависимости от источника. До сих пор это была просто гипотеза, поэтому ее требовалось подтвердить.
Резерфорд и Гейгер придумали трубку, которая позволяла подсчитать альфа-лучи. После некоторых усовершенствований Гейгера данный аппарат стал называться счетчиком Гейгера. Благодаря счетчику ученые смогли установить количество частиц, испускаемых радиоактивным источником. Так как они уже могли определить общий заряд, который производил поток частиц, это позволило им выяснить заряд одной частицы, для чего общий заряд частиц был разделен на их количество. Получив это число, идентификацию альфа-излучения с ядрами гелия больше не подвергали сомнению. Таким образом, альфа-частицы являлись ядрами гелия, атомами гелия с недостающими двумя электронами. В тот момент Резерфорд наконец нашел экспериментальное подтверждение, а позднее упрочил его еще более изящным экспериментом, в ходе которого можно было оценить спектр поглощения альфа-частиц, также идентичный спектру гелия. Именно тогда, будучи полностью занятым своими опытами, он получил новость о том, что ему присуждена желанная Нобелевская премия по химии 1908 года. Премия вручалась "за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ".
После поездки в Стокгольм его жена написала родственникам следующее: "Он объяснил, как долго ему пришлось работать над трансформациями разной длительности, но ни одна из них не была такой быстрой, как его собственное превращение из физика в химика". В речи он рассказал о своих исследованиях альфа-лучей, которые были начаты в Кавендише, когда он первым обратил внимание на этот вид излучения, а затем продолжены в Макгилле. Именно тогда у него зародились подозрения, что это могли быть частицы гелия, так как в месторождениях радиоактивных элементов было большое количество этого газа, как отметил Рамзай; наконец, в своих последних исследованиях в Манчестере он нашел экспериментальное подтверждение своей теории.
Резерфорд всегда был до суровости далек от роскоши, так как вырос в небогатой семье, но на этот раз он воспользовался полученной премией и купил автомобиль. Его старый друг Отто Ган устроил для своего учителя триумфальный тур по немецким университетам, где тот проводил лекции и встречался со многими учеными, имена которых ему были знакомы лишь по публикациям.
После возвращения в Манчестерскую лабораторию Резерфорд быстро достиг нового великого успеха в своей карьере, о котором упоминалось в главе 1: с помощью альфа-лучей он обнаружил ядро атома. Это излучение стало его талисманом, его штурвалом, который помогал ему двигаться вперед по волнам науки.
ГЛАВА 4
К расщеплению ядра
Путь к расщеплению атомного ядра начался с простого эксперимента Резерфорда, когда ему удалось выбить два протона из ядра атома азота. Однако научные опыты с незначительными средствами и простейшими инструментами в распоряжении ученого практически исчерпали себя. Резерфорд осознавал, что для осуществления новых открытий большой науке необходим толчок, предполагающий эксперименты, которые сегодня проводятся на ускорителях частиц.
Чтобы узнать, как работает та или иная вещь, самое лучшее – разобрать ее. Именно так поступает любопытный ребенок. Резерфорд смог применить этот деконструктивистский подход к атомному ядру и раздробить его, получив доступ к тому, что было скрыто от человеческих глаз.
Резерфорд прибыл в Манчестер в 1907 году, через год он получил Нобелевскую премию, а в 1909-м уже работал с Гейгером и Марсденом над атомной моделью, занимавшей его до 1912 года. Тогда же к группе присоединился Бор, привнесший квантовую теорию в субатомную вселенную. Через короткое время разгорелась Первая мировая война (1914-1918), отголоски этого конфликта потрясли и научный мир: погибли многие выдающиеся и подающие надежды ученые, перед лицом боевых действий научные проекты развеивались как сон, рушились здания и оборудование, сокращалось финансирование, раскалывались рабочие группы...
Марсден, сотрудник Резерфорда, эмигрировал в Новую Зеландию в 1914 году. Резерфорд подергал за нужные ниточки, чтобы в Новозеландском университете Марсдена без проблем приняли профессором физики. Однако прежде чем покинуть Соединенное Королевство, он до последнего работал над серией экспериментов своего руководителя. Последний опыт, который он осуществил перед отъездом, заключался в бомбардировке атомов азота в газообразном состоянии альфа-частицами. На этот раз Марсден наблюдал, как из ядра выделились частицы, которые он не смог идентифицировать. В начале он подумал, что перед ним новый вид радиоактивных пучков, которые могли бы дополнить собой уже известные альфа-, бета– и гамма-излучение. В этом месте его исследования внезапно прервались, так как ему нужно было отправляться на фронт.
РАССЕЧЕНИЕ ЯДРА
Резерфорд, однако, не был удовлетворен этой предварительной гипотезой. Интерпретация Марсдена не убедила его, поэтому он попросил позволения продолжить его эксперименты. После некоторого усовершенствования экспериментальной системы Резерфорд повторил бомбардировку газа азота альфа-частицами и смог убедиться, что экран мерцал под воздействием не– идентифицированных частиц. Он понял, что это не новый вид излучения, а ядра водорода (имеющие положительный заряд). Таким образом, гипотеза Марсдена была ошибочной, но открытие требовало понимания происхождения данной эманации. Все сошлось, просто и очень гармонично, когда выяснилось, что эманация исходила от самого ядра атома азота. В ходе данного процесса атомы азота одновременно трансмутировали в кислород. На его глазах происходил необычный, хотя и довольно малоэффективный пируэт: только одна из 300 тысяч альфа-частиц превращала азот в кислород. В любом случае речь шла о значительном количестве, в связи с низкой плотностью атомов азота, поскольку азот был в газообразном состоянии.
Эрнест сделал вывод, что альфа-частицы сталкивались и поглощались ядром азота. В результате ядро становилось нестабильным, поэтому некая частица должна была испускаться ядром, для того чтобы стабилизировать его. Этими частицами, вылетающими из ядра и имеющими положительный заряд и характеристики, идентичные ядру водорода, были те, которые сегодня называют протонами. Впервые в истории удалось идентифицировать частицы, составляющие ядро. Наименование "протон" было официально утверждено в 1920 году.
Протоны идентифицируют атом, электроны персонифицируют его.
Билл Брайсон (р. 1951), британский писатель
Если окинуть взглядом периодическую таблицу, мы увидим, что кислород и водород находятся в смежных ячейках.
Можно сказать, их разница заключается в одном-единствен– ном протоне. Сегодня расчеты в эксперименте Резерфорда можно представить так: вначале к азоту добавлялись два протона от альфа-частиц, а затем отнимался тот, который сразу же испускался. Не более чем простая вычислительная операция, но чтобы сделать этот вывод, требовалось глубинное понимание материи. Резерфорд применил свой обычный метод к разработке и выполнению экспериментов, так что их интерпретация была окончательна и однозначна, он сумел подтвердить некоторые свои догадки относительно атомов. Итак, впервые удалось идентифицировать положительный заряд атомов с помощью протонов. Число протонов в ядре атома определяет тип элемента, к которому относится атом (увеличение или уменьшение этого числа меняет природу данного элемента). Все это также означало, что удалось извлечь содержимое ядра, пусть пока был отделен лишь мельчайший его фрагмент. Результат достигался искусственным путем с помощью бомбардировки альфа-снарядами. То есть впервые в истории трансмутация элементов была выполнена искусственным путем.
В декабре 1917 года Резерфорд писал Бору, сообщая об этих новых открытиях:
"Я получил результаты, которые, думаю, должны иметь большую важность. Я обнаружил и сосчитал самые легкие атомы, двигающиеся под воздействием альфа-частиц. Результаты проливают свет на характер и распределение ближайших к ядру сил [...].
С помощью такого метода я пытаюсь рассечь атом... Мои наилучшие пожелания и поздравления с наступающим Рождеством".
Ближайшие сотрудники Резерфорда уже знали о его открытии, но чтобы донести новость до научного сообщества, требовалось дождаться окончания запрета на публикации. Запрет распространялся на срок всего вооруженного конфликта, чтобы результатами исследований не воспользовался противник. Резерфорд опубликовал серию статей в престижном научном английском журнале Philosophical Magazine. В заключение статьи «Столкновения альфа-частиц с легкими атомами» говорилось следующее:
«Принимая во внимание полученные к настоящему моменту результаты, нельзя не прийти к выводу, что большая часть атомов, возникающих при столкновении альфа-частиц с азотом, являются не атомами азота, а, скорее, атомами водорода [...]. Если это справедливо, нам следует заключить, что под действием сил от ближайшего столкновения с быстрой альфа-частицей атом азота распадается и высвобождается атом водорода, являющийся составной частью азота».
В этой же статье высказаны некоторые провидческие мысли касательно дальнейшего развития науки:
«Если для грядущих экспериментов возможно использование альфа-частиц или сходных снарядов, обладающих большей энергией, то ожидаемым результатом будет расщепление ядра большинства атомов наиболее легких элементов».
Резерфорд мог предвидеть, что экспериментальная физика будет ориентироваться на ускорители частиц. Но война затормозила развитие науки. Пришлось ждать более десятилетия, чтобы эти идеи воплотились в жизнь.
Пресса с готовностью отозвалась на данную публикацию, развивая идею, что субатомный мир таит в себе невероятное количество энергии, которая рано или поздно станет доступной. Во многих газетах, в частности в New York Times, писали:
"По теплу, высвобождающемуся при распаде, нам известно, что количество энергии в ядре (...) в миллионы раз больше, чем количество энергии, выделяемой при любой химической реакции или при горении угля".
–начало врезки–
АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ И АЗОТ
Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов (то есть они аналогичны ядрам гелия). Направленные на ядра азота, имеющего семь протонов, протоны альфа-частиц могут сталкиваться с ядром атома и на время встраиваться в него. Тогда в ядре уже девять протонов. По завершении распада восемь протонов соединяются, формируя ядро атома кислорода, а еще один протон испускается. Процесс, затрагивающий количество нейтронов, хотя в ту эпоху они еще не были открыты, можно выразить следующей формулой:
147N + 42He → 178O + 11p
(Нижний индекс элемента обозначает атомное число или количество протонов, верхний указывает на количество частиц в ядре, то есть это сумма протонов и нейтронов. См. Приложение А.)
Ядро азота состоит из сами протонов и сами нейтронов. Альфа-частицы несут в саба два протона и два нейтрона. В качестве продукта реакции возникает атом кислорода (О), имеющий восемь протонов и девять нейтронов, еще один протон (р*).
Открытие Резерфорда давало «практически неисчерпаемый источник энергии, который изменит все, что мы знали раньше».
В то время Резерфорд работал на флот Соединенного Королевства и чередовал исследования с длинными, скучными заседаниями. Однажды, извиняясь за свое отсутствие, он отправил следующую телеграмму: "Если мне удалось (и имеются основания думать так) расщепить ядро атома, для меня это имеет гораздо большее значение, чем война". Резерфорду удалось отделить небольшой фрагмент ядра атома, пока мир был охвачен войной.
ПЕРВАЯ МИРОВАЯ ВОЙНА
Пока Австро-Венгрия захватывала Сербию, Германия решительно надвигалась на Францию, так что вскоре неприятель оказался у ворот Парижа. Тогда началась позиционная, стоившая жизни миллионам молодых людей война, в которой продвижение на несколько метров обходилось огромными человеческими и материальными потерями. Французские поля были усеяны трупами, стремительно росло число жертв, которое по подведенным итогам составило девять миллионов.
Эту способность убивать и разрушать войскам давала новая военная техника, в основе которой были последние научные достижения. Фриц Габер, немецкий ученый еврейского происхождения, создал так называемый горчичный газ, ставший одним из самых страшных изобретений за всю историю. Этот имевшийся на вооружении немецкой армии газ провоцировал ужасные ожоги и волдыри. Когда через несколько десятилетий к власти пришли нацисты, Габер был вынужден бежать из Германии и в конце концов обосновался в Палестине. Резерфорд был космополитом, но не простил ему изобретение смертоносного газа и отказался от всякого общения с Габером, хотя тому пришлось туш в его собственной стране.
Однако достижения науки имели не только разрушительный эффект. На французском фронте Мария Кюри и ее дочь Ирен использовали рентгеновский аппарат. Радиография позволила устанавливать более точные диагнозы и уточнять состояния раненых. В годы войны удалось оборудовать передвижными аппаратами 20 автомобилей "рено". Считается, что в этот период было сделано около миллиона радиографий.
В войну университеты не работали. Парижская Высшая нормальная школа была переоборудована под госпиталь. В Оксфорде осталось нескольких сот студентов. В Манчестерском университете катастрофически сократилась численность команды Резерфорда. Молодежь была отправлена на фронт, хотя со временем военное командование осознало, что некоторые ученые принесут больше пользы в лаборатории, чем в окопе. Как бы то ни было, война прервала многообещающие научные проекты и карьеры, и в большинстве случаев навсегда.
НАУКА, И НА ВОЙНЕ ТОЖЕ
«Война заставила науку отправиться на фронт»,– так очень емко высказался Джордж Эллери Хейл (1868-1938). Действительно так, и не стоит рассматривать это только с негативной позиции. До начала войны академические центры работали независимо от промышленности и правительства. После Первой мировой все изменилось навсегда: исследования стали получать щедрые инвестиции и поддержку государства. Установилась близкая связь промышленности с академическими учреждениями, научные исследования начали представляться двигателем экономики и инновации. Ветры войны сделали мир таким, каким мы знаем его сегодня.
С другой стороны, горячка войны оставила заметные шрамы в отношениях между учеными стран Антанты и Тройственного союза. Исследователи, недавно работавшие вместе, неожиданно оказались в разных лагерях и включились в проекты, предполагавшие уничтожение противника. Война с ее националистическими лозунгами и патриотическими призывами стала драматичным моментом на пути развития науки.
Варварство, которому предавалась немецкая армия на французских землях, порицалось во всем мире. В ответ на критику в Германии возникла группа, объединившая 93 немецких интеллектуалов и ученых; среди них выделялся Макс Планк, который в конце концов вышел из ее состава. Группа разработала манифест, вступившись за немецких солдат и отрицая пропагандистскую критику. Большинство были уверены в честности солдат, многие из которых получили прекрасное образование, поэтому не представлялось возможным, чтобы эти самые солдаты были способны на разрушения и убийства, им приписываемые. После войны конфликтные встречи немецких, с одной стороны, и французских и английских ученых, с другой, закончились исключением немецких ученых из основных европейских научных организаций.
Были и те ученые, кто пытался навести мосты, восстановить совместные международные проекты, свойственные научной мысли. Несмотря на постоянные призывы уволить из английских и французских учреждений исследователей немецкого происхождения, руководители вроде Томсона, еще занимавшего пост директора Кавендишской лаборатории, не обращали на них никакого внимания.
Некоторые лучшие сотрудники Резерфорда были немецкого происхождения, среди них Ханс Гейгер и Отто Ган, с которыми он продолжал общаться. Гейгеру он писал, что очень хочет, чтобы война не нарушила связи, которые они всегда поддерживали. Наука вне границ, поэтому в 1926 году, когда Резерфорд уже был президентом Королевского общества, он сделал все возможное, чтобы прекратить травлю немецких ученых.
Отто Ган принимал участие в проекте по созданию смертельного горчичного газа, Гейгер был ранен и, пройдя курс лечения, вновь вернулся на войну. К счастью, он уцелел на фронте. Кроме того, Гейгер как мог старался помочь иностранным ученым, которых, например Джеймса Чедвика, преследовали в Германии. Учившийся у Резерфорда Чедвик получил стилендию для продолжения обучения в Германии с Гейгером.
ДЖЕЙМС ЧЕДВИК
Чедвик родился в Манчестере, учился в Кембридже, а затем и в университете родного города, где познакомился с Резерфордом. Благодаря контактам Резерфорда с Гейгером, Чедвику удалось получить работу в Берлинском техническом институте. Когда началась Первая мировая война, Чедвика обвинили в шпионаже и отправили в концентрационный лагерь. После войны Резерфорд поселил его в своем доме и нашел ему работу в Манчестере. Позже специально для Чедвика он придумал должность ассистента директора Кавендишской лаборатории. В обязанности Чедвика входило освобождение Резерфорда от административной работы, что он мог чередовать с собственными исследованиями по бомбардировке атомных ядер альфа-частицами. В 1932 году Чедвик приступил к изучению бериллия, вдохновившись трудами семейной пары Ирен Кюри и Фредерика Жолио. В результате Чедвик обнаружил нейтрон, еще одну важную составляющую ядра атома. Нейтроны превратились в новый инструмент для исследований. Так как нейтральный заряд делает их «невидимыми» для воздействия электрических полей, это позволяет им с большей легкостью сталкиваться с атомными ядрами. За эту работу Чедвик получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году, после чего он решил переехать в Ливерпульский университет, где ему обещали построить циклотрон. Однако эту идею не одобрял Резерфорд (циклотрон был американской разработкой, а ученые Старого Света с неприязнью смотрели на любые предложения из США). Чедвик участвовал в разных проектах, исследовавших возможность создания атомной бомбы. В 1945 году он был посвящен в рыцари, а в следующем году занял пост советника комиссии по атомной энергии Организации Объединенных Наций. Джеймс Чедвик умер 24 июля 1974 года.
Однако вскоре эта стипендия обернулась для него кошмаром. В начале войны его арестовали и отправили в концентрационный лагерь, раскинувшийся на месте бывшего ипподрома недалеко от Берлина. Там в заключении он провел три года. Это тягостное испытание не остановило его безудержную тягу к исследованию радиоактивности. Он нашел источники радиации и устроил импровизированную лабораторию, используя бытовые продукты, вроде зубной пасты с частицами тория. Радиоактивность в то время была брендом, так как ничего не было известно об опасности ее воздействия. Содержащийся в продуктах торий Чедвик использовал как источник радиации наравне с прогорклым сливочным маслом. Кроме того, его поддерживал Гейгер, старавшийся хоть как-то скрасить его заключение.
СМЕРТЬ НА ФРОНТЕ
Физик и химик Генри Мозли (1887-1915) был одним из самых блестящих ученых своего поколения, хотя полностью раскрыть свой талант он не успел, так как погиб на фронте. Мозли происходил из богатой британской семьи и очень рано вывел один из основополагающих принципов, скрытых в периодической таблице. Сам он сформулировал принцип так:
«У атома имеется фундаментальное качество, пропорционально увеличивающееся при переходе от одного элемента к следующему. Этим качеством может быть только положительный центральный заряд ядра».
Идеи Мозли предшествовали открытию протона Резерфордом, очевидно, что Резерфорд принимал их в расчет, когда в конце концов смог обнаружить частицу.
Это доказывает, что внутреннее строение всех атомов схоже, на основании этих результатов можно узнать нечто большее о том, из чего состоит атом.
Генри Мозли о понятии атомного номера
Мозли пришел к выводу, что если наблюдать длину волны рентгеновских лучей, испускаемых атомами, она находится в прямой зависимости от числа положительных зарядов, которое в итоге стало называться атомным номером (обозначаемым буквой Z). Разница в количестве протонов отличала один элемент от другого и определяла физико-химические свойства элемента. Таким образом атомное число заменяло атомный вес, который химики прежде использовали как отправную точку при идентификации элемента, влияющую на его химические характеристики.
Война началась, когда Резерфорд и Мозли были на симпозиуме в Новой Зеландии. Мозли представили научному сообществу как исследователя с большим будущим, после чего он должен был немедленно вернуться в Великобританию и присоединиться к армии. Резерфорд, по возрасту не подлежащий призыву, посвятил себя научным проектам, за которые удостоился нескольких премий, а также читал лекции. Он связался с некоторыми влиятельными людьми, чтобы добиться скорейшего возвращения своего ученика с фронта в лабораторию. Имелся весомый практический довод, который должен был убедить всех, почему эти молодые ученые, и Мозли в их числе, не должны отправляться в окопы. Впервые ход войны зависел от научных открытий, эффективно развивающих военные технологии, необходимые для победы.
Резерфорд говорил с влиятельными армейскими начальниками. Наконец, ему удалось объяснить, что Мозли принесет больше пользы своей стране в лаборатории, чем на поле боя, и тогда для него выписали разрешение покинуть фронт. К несчастью, было слишком поздно. В сражении при Галлиполи Мозли погиб. Пуля пробила ему голову, когда он склонился над телефоном (одним из недавних изобретений, используемых для военных целей), чтобы просить о помощи. Резерфорд горько сожалел об этой утрате: "Это национальная трагедия", – говорил он.
НА КОРОЛЕВСКОМ ФЛОТЕ
Резерфорд принял предложение возглавить отделение Королевского флота по разработке защиты от субмарин. В условиях блокады, наложенной союзниками, для немцев субмарины стали спасением. Они могли торпедировать и потопить любое судно, поэтому задача их обнаружения была приоритетной.
Британское военное командование без энтузиазма принимало предложения, поступавшие от академического мира, не было сделано исключение и для Резерфорда. Ему приходилось участвовать в долгих заседаниях, а с его мнением не считались. Однако обнаружение субмарин не было чисто британской проблемой. Французы и американцы также еще не имели технологической возможности обнаруживать субмарины.
Резерфорд направил все усилия на решение порученной ему задачи, хотя его советы пропадали впустую. Для исследований он приспособил лабораторные резервуары с водой и целые дни проводил на море, тестируя свои идеи на маленьком судне, единственном, что было ему предоставлено для проведения работ. В его лаборатории не было инструментов для калибровки подводных микрофонов, и тогда он пригласил одного обладавшего хорошим слухом лингвиста из университета. Резерфорд держал за ноги погрузившегося в воду лингвиста, а тот внимательно вслушивался в звуки.
После двухлетнего кропотливого изучения трудов по акустике, написанных лордом Рэлеем, Резерфорд, наконец, изобрел гидрофон. Этот аппарат, на который он получил свой первый и единственный патент, позволял улавливать звуки под водой, а значит, обнаруживать присутствие субмарин. Гидрофон основывался на пассивном методе обнаружения, при котором для превращения звуковых сигналов в электрические использовались пьезоэлектрические материалы. Несмотря на ограничения – шум машинного отделения корабля не позволял его использовать, необходимо было останавливать двигатель – ею широко применяли в конце Первой мировой войны.
В 1917 году делегация во главе с Резерфордом прибыла сначала в Париж, чтобы поделиться этим достижением с союзниками. Там он встретился со своим старым другом Лан– жевеном, также работавшим над проблемой обнаружения субмарин, и с Марией Кюри (которая состояла с Ланжевеном в сентиментальных отношениях, что вызвало скандал в обществе). Затем делегация направилась в США, где Резерфорд смог продемонстрировать преимущества своего изобретения американцам (у которых были экономические и материальные средства, но в научном плане они серьезно отставали). Одним из консультантов американской группы был постаревший Томас Алва Эдисон.
Резерфорд захотел улучшить свое изобретение, когда понял, что при использовании активной системы, которая могла бы испускать звуки с достаточной энергией, звуковые волны отталкивались бы от движущихся в воде тел. Так был разработан предшественник сонара, а идеями Резерфорда американцы действительно воспользовались, и в ходе Второй мировой войны топили немецкие корабли с помощью сонаров.
Меня очень хорошо принял старик, который был воодушевлен, как школьник.
Резерфорд о встрече с Эдисоном в Соединенных Штатах
Разочарование британскими военными и отсутствие экономической поддержки для развития идей способствовали нарастанию скептицизма Резерфорда, в результате он вернулся к традиционным направлениям своих исследований.
ВОЗВРАЩЕНИЕ В КАВЕНДИШ
Во время войны Кавендишская лаборатория, которой все еще руководил Томсон, была передана в распоряжение военного учреждения. Были прекращены занятия и закрыты проекты, так что в конце войны стояла трудная задача снова сделать лабораторию эпицентром научной жизни. Томсон принял должность в другом университете, и его кресло освободилось. Из кандидатур, рассматривавшихся в качестве преемника Томсона, Резерфорд был лучшим.
В 1919 году Резерфорд закончил учебный год в Манчестере и вернулся в Кавендишскую лабораторию. Он возвращался, будучи директором и нобелевским лауреатом, имея на счету самые памятные научные открытия своей эпохи.
