Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"
Автор книги: Уолтер Гратцер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 22 (всего у книги 33 страниц)
Уловка Хевеси
Когда после прихода Гитлера к власти в 1933 году вступили в силу расовые законы, физик и нобелевский лауреат Джеймс Франк (1882–1964) решил немедленно покинуть Германию, хотя его, как ветерана Первой мировой войны, эти законы в то время и не касались. Опасаясь, что его золотую нобелевскую медаль конфискуют, он передал ее своему копенгагенскому другу Нильсу Бору. Макс фон Лауэ (1879–1960), самый честный и смелый из немецких физиков, который остался в Берлине и все время, пока нацисты были у власти, преподавал запрещенную теорию относительности (причем Лауэ с удовольствием рассказывал Эйнштейну, как убеждал своих студентов, что оригинальные статьи были написаны на древнееврейском), испытывал те же опасения. Так Бор стал обладателем трех золотых медалей – Франка, Лауэ и своей собственной. Размышляя, что ему с ними делать, он решил посоветоваться с коллегой, Георгом фон Хевеси (венгерским физиком, первым применившим радиоактивные изотопы в биологии и медицине). Безнадежная ситуация, сошлись они во мнении, требует отчаянных мер. Вот, со слов Хевеси, что они решили:
Я обнаружил, что Бора тревожит медаль Макса фон Лауэ, которую тот отправил на хранение в Копенгаген. В гитлеровской империи такой поступок – вывезти золото из страны – тянул чуть ли не на расстрел. Имя Лауэ было выгравировано на медали, и если бы это обнаружили при вторжении, последствия для него были бы самыми плачевными. Я предложил закопать медаль, но Бору эта идея не понравилась, поскольку медаль могли с тем же успехом выкопать. Тогда я решил ее растворить. Когда оккупанты маршировали по улицам Копенгагена, я был занят тем, что растворял нобелевские медали Лауэ и Франка.
Так медали препоручили царской водке (смеси азотной и соляной кислот, которая растворяет золото, превращая его в нитрат[17]17
Строго говоря, там образуется не нитрат, а хлоридный комплекс.
[Закрыть]). Уверенный, что Германия рано или поздно проиграет войну, и он сможет вернуться в любимый институт в любимом городе, Бор оставил банку с растворенными медалями на полке у себя в лаборатории. Вскоре Бор на рыбацкой лодке отправился в Швецию, а оттуда тайком вылетел в Англию.
Когда он в 1945 году вернулся в Копенгаген, банка, не замеченная захватчиками, оказалась на месте. Бор восстановил золото, а Нобелевский комитет согласился отлить из него заново две памятные медали.
Ученые, бежавшие из Германии в то время, выдумали множество других гениальных уловок, чтобы спасти хотя бы часть своего имущества в обход закона, запрещающего вывоз денег и ценностей из страны. Химик Германн Марк, к примеру, потратил все сбережения на платиновую проволоку, которую превратил в вешалки для одежды, и те счастливо избегли внимания подозрительных таможенников.
Hevesy Georg von, Adventures in Radioisotope Research, Vol. i (Pergamon, New York, 1962).
Кристальная ясность
Корпускулярно-волновой дуализм был, наверное, самым удивительным итогом понятийной революции, которая сотрясала физику первые три десятилетия XX века. Что фотоны – порции, или кванты, света – ведут себя в некоторых случаях как частицы, а во всех остальных – как волны, уже было известно, когда герцог Луи де Бройль высказал гипотезу, что это верно и в отношении остальных частиц – таких как электроны. Во время Первой мировой войны, сидя прямо под шпилем Эйфелевой башни в качестве метеоролога-наблюдателя, де Бройль имел достаточно времени, чтобы вывести уравнение, связывающее импульс частицы с длиной ее волны. Этому он посвятил свою докторскую диссертацию, которую направил в Парижский университет в 1924 году и которой обязан Нобелевской премией, присужденной ему пять лет спустя.
Критерием того, что мы имеем дело с волной, считается интерференция: если встречаются две волны, их общая интенсивность усиливается, когда максимумы накладываются друг на друга; и наоборот, они взаимно уничтожаются, если максимум одной совпадает с минимумом другой. Волны, отраженные от регулярной решетки, образованной объектами, которые разделяет дистанция порядка длины волны, образуют таю называемую дифракционную картину. На этом основана рентгеновская кристаллография, которая, исходя из дифракционной картины рентгеновских лучей, рассеянных на регулярной решетке атомов в кристалле, позволяет восстановить точное положение этих атомов в трехмерном пространстве. Волновую природу электронов доказал, более или менее случайно, Дж. П. Томсон (сын знаменитого “Джи-Джи”). Помимо Томсона, то же самое решили проделать – благодаря счастливому озарению – Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер, сотрудники нью-йоркской компании Western Electric.
Western Electric (позже компания Bell) погрязла в долгой и недешевой тяжбе с General Electric по поводу патента на вакуумную лампу. Western Electric приобрела патент у изобретателя Ли де Фореста, – предполагалось, что лампа пригодится для улучшения качества телефонной связи на больших расстояниях. Вопрос состоял в том, отличается ли существенным образом лампа Ли де Фореста от конструкции Ирвинга Ленгмюра, правами на которую владела General Electric, наша лампа, заявляли тамошние специалисты, настоящая вакуумная лампа, тогда как для работы лампы де Фореста требуется присутствие небольшого количества воздуха внутри. Дэвиссону поручили изучить, в соответствии с патентом, излучение электронов с горячей металлической мишени внутри вакуумной лампы при попадании туда пучка положительно заряженных частиц; однако прежде чем этим заняться, он наткнулся на новое явление. Если внести небольшие изменения, понял он, лампу можно использовать для бомбардировки мишени электронами, что, как было известно, вызывает испускание вторичных электронов со значительно меньшей энергией. И Дэвиссон обнаружил, что когда трубка работает в таком режиме, удается зарегистрировать также небольшое количество высокоэнергетических электронов, летящих от мишени назад. Это, осознал он, небольшая часть исходных электронов, отраженных мишенью.
При этом Дэвиссон помнил про эксперименты Резерфорда с альфа-частицами, которым физики обязаны столь удивительными знаниями об устройстве атома: когда альфа-частицами обстреливали тонкую металлическую фольгу, большая часть этих частиц проходила насквозь, а те немногие, которые врезались в ядра, отражались в точности обратно. Дэвиссона заинтересовало, несут ли отраженные электроны новую информацию о внутренних энергетических уровнях атомов мишени, и он убедил своих работодателей позволить ему изучить этот вопрос. Исследовать он собирался отражение электронов разными металлами.
Откровение явилось в 1925 году. Дэвиссон с ассистентом Джермером занимались своими экспериментами по электронной бомбардировке, и тут в лаборатории неожиданно взорвался сосуд с жидким воздухом. Взрыв разнес все вокруг, включая и их вакуумную лампу. Покрытие горячей мишени, сделанное из кристаллического никеля, оказалось на воздухе и вскоре покрылось пленкой оксида никеля. Дэвиссон и Джермер восстановили свою лампу, не меняя мишени, которую они, правда, прокалили в вакууме, чтобы избавиться от оксидного слоя, и снова приступили к своим опытам. Однако, когда они взялись анализировать распределение отраженных электронов в пространстве, результат был совершенно иным и довольно неожиданным: интенсивность потока отраженных электронов имела ярко выраженные максимумы под строго определенными углами относительно мишени. Озадаченные исследователи сломали трубку и принялись изучать ее поверхность. Прокаливание, как оказалось, превратило микроскопические кристаллы никеля в большие кристаллические пластинки. Электроны, отраженные кристаллической решеткой никеля, интерферировали, как положено волнам. Чтобы окончательно понять, что означают полученные результаты, Дэвиссону пришлось съездить на ежегодное собрание Британской ассоциации развития науки. Перед конференцией Дэвиссон уехал с женой в отпуск, и потому слегка опоздал к началу заседаний. Как же он был изумлен, услышав от одного из докладчиков, Макса Борна, рассказ про свои опыты с пластиной, которые тот приводил как доказательство существования электронных волн. Плывя на корабле домой, Дэвиссон размышлял о новой теории – волновой механике. Вернувшись в лабораторию, он и Джермер приступили к поискам пиков интенсивности там, где их предсказывала теория, и, наконец, после долгой работы, нашли их.
Дж. П. Томсон пришел к тем же результатам независимо и другим путем. В 1927 году он был профессором физики Абердинского университета. Вместе с коллегой он поставил эксперимент по бомбардировке тонкой металлической фольги, закрепленной в вакуумной трубке, электронным пучком. Неожиданно он обнаружил, что распределение интенсивностей у потока электронов, прошедших сквозь фольгу, представляет собой серию колец – в чем было сложно не распознать картину интерференции. Нобелевскую премию по физике 1937 года Томсон и Дэвиссон разделили поровну.
Davisson С. and Germer LH., Physical Review, 30, 705 (1927) и описание их работы: History of Physics, ed. Weart Spencer R. and Phillips Melba (American Institute of Physics, New York, 1985).
Небольшой коричневый пес
Во времена правления королевы Виктории в Британии возникло мощное движение против вивисекции, причем его представители обладали серьезным влиянием в обеих палатах парламента. К физиологам, таким как Клод Бернар и Шарль Рише во Франции, а также Мишель Фостер и Бурдон Сандерсон в Англии, любители животных испытывали острую ненависть. Не вызывало сомнений, что на живых животных ставили множество жестоких и зачастую ненужных опытов – особенно во Франции, где никакие законы этому не препятствовали. Величайший физиолог Клод Бернар сделался объектом жестоких нападок (даже со стороны членов собственной семьи), равно как и его учитель Франсуа Магенди (которому доставалось еще больше). Антививисекторы проникали на лекции Магенди, где тот показывал демонстрационные опыты, а затем описывали увиденные там ужасы, не жалея при этом красок и эпитетов. Член парламента Генри Лабушер вспоминает какофонию криков подопытных животных, которая ранила его слух в коридорах Медицинской школы в Париже, и реплику вахтера, который на его замечание отвечал: “А чего вы хотите? Наука…” Люди часто слышали, как Магенди кричал страдающей собаке, распластанной перед ним на столе: “Заткнись, несчастная тварь!”
В Великобритании Министерство внутренних дел издало специальный закон об использовании животных в научных целях. Кампания против вивисекции в парламенте и за его стенами была хорошо организована и профинансирована. Ее апогеем стало “дело о коричневой собаке” 1907 года. Эту историю затеяли две юные леди из Швеции, слушательницы Лондонской медицинской школы для женщин. Ранее они уже были потрясены опытами над животными, которые видели во Франции, а теперь с ужасом смотрели на то, что им показывали на лекциях по физиологии в Университетском колледже. Девушки уже через год забросили учебу, однако все это время они вели дневник, куда педантично записывали свои наблюдения. В апреле 1903 года они показали его Стивену Кольриджу, адвокату и уполномоченному Национального общества против вивисекции.
Внимание Кольриджа особо привлек один случай. Перед тем как животное принесли в анатомический театр, девушки успели рассмотреть его вблизи и обнаружили полузалеченные шрамы от операций, один из которых, на брюхе, был просто-напросто стянут зажимом. Акт о жестокости при обращении с животными запрещал использовать их более чем в одном эксперименте (хотя эксперимент мог включать две операции), а тут имелась коричневая собака, одетая в плотный намордник и привязанная к столу, которой Бейлис вскрыл шею, чтобы продемонстрировать слюнные железы. Животное, по свидетельству девушек, испытывало страдания, “жестокие и бессмысленные” Бейлис полчаса подряд пытался измерить давление слюны, и все это время собака пребывала в полном сознании. Более того, запаха обезболивающего не ощущалось.
Кольридж рассказал о сих вопиющих случаях, немного их приукрасив, при большом стечении негодующей публики. О его выступлении поведали газеты, и в палате общин прозвучали неизбежные вопросы. Бейлис, выставленный преступником, обратился к адвокату, который потребовал, чтобы Кольридж взял свои слова назад и принес извинения. Когда же Кольридж отказался, ему прислали повестку в суд. Процесс в мировом суде начался и ноября 1903 года. Галерея для публики была забита битком.
Первым из свидетелей выступал Эрнест Старлинг, профессор физиологии в Университетском колледже (заработавший известность совместной с Бейлисом работой по физиологии сердечной деятельности). Он показал, что действительно использовал в опытах коричневую собаку (по его словам, маленькую, а по словам Кольриджа – большую), на которой изучал расстройства поджелудочной железы (в числе которых и диабет). Он вскрыл ей брюхо и перевязал поджелудочный проток. Два месяца спустя, в день показательного опыта Бейлиса, он осмотрел внутренние органы, чтобы узнать о последствиях первой операции. Убедившись, что все идет как задумано, Старлинг передал анестезированное животное Бейлису для его демонстрационных опытов по изучению секреции.
Старлинг нарушил Акт о жестокости с животными, однако заявил в свою защиту, что поступил так только затем, чтобы не жертвовать жизнью еще одной собаки. Как уверял Бейлис – и это смогли подтвердить несколько студентов, присутствовавших на той лекции, – собака не мучалась, ее просто иногда сотрясали судороги. Будь иначе, Бейлис просто не смог бы сделать надрез. Собаке бережно вводили обезболивающее: сначала это был укол морфина, потом – стандартная смесь хлороформа, спирта и эфира, которая поступала в организм через трубку, протянутую под столом и уходящую в глубь собачьей трахеи. Очевидно, спрятанную конструкцию девушки-обвинительницы не разглядели. Опыт, имевший целью показать, что давление слюны не зависит от кровяного давления, провалился: у Бейлиса не получалось стимулировать электрическим током нерв, управляющий слюнными железами, и после получаса безуспешных попыток он сдался. Затем лаборант отнес собаку студенту по имени Генри Дейл, который извлек поджелудочную железу для последующего вскрытия, а саму собаку убил ударом ножа в сердце.
Адвокатом Бейлиса был Руфус Исаакс (впоследствии маркиз Редингский и вице-король Индии), который проделал изрядное количество дыр в версии защиты. Судья был подчеркнуто беспристрастен, но присяжным не составило труда разобраться, кто прав, кто виноват. Кольриджа обязали выплатить Бейлису 2000 фунтов стерлингов компенсации и еще 3000 на судебные издержки. 5000 фунтов 1903 года – это примерно 250 тысяч фунтов сейчас, но сторонники Кольриджа и его движения без труда собрали эту сумму. Бейлис продемонстрировал отменное чувство юмора, когда пожертвовал деньги колледжу на научные исследования. Возникший таким образом фонд существует и поныне, а средства его время от времени тратятся на покупку подопытных животных.
Не смирившись с проигрышем в суде, группа противников вивисекции во главе с Луизой аф-Хагеби – одной из тех шведок, с которых все и началось, – решила воздвигнуть памятник коричневой собаке, который символизировал бы их борьбу против жестокости в обращении с животными. Известному скульптору поручили изваять собаку в бронзе, воздвигнуть фонтан и заодно поставить рядом гранитную поилку для лошадей. Вначале затею дважды запрещали, но наконец отыскались податливые чиновники: лондонский Баттерси был в те времена районом пролетариев и социалистов, а среди его обитателей встречались политические активисты, симпатизировавшие движению против вивисекции. Даже в местной больнице старались избегать опытов над животными, и за ней закрепилось неофициальное название “Антививи” Фонтан в итоге установили в парке Баттерси. У его основания красовалась надпись:
В память о коричневом терьере, убитом в лабораториях Университетского колледжа в феврале 1903 года после двух месяцев страданий, когда он переходил из рук одного вивисектора в руки другого, пока смерть не принесла ему освобождения. Также в память о других 232 собаках (цифра завышена), замученных вивисекторами в том же месте в 1902 году. Мужи и жены Англии, доколе это будет продолжаться?
Статуя появилась 15 сентября 1906 года и сразу же вызвала ожесточенные споры. Однажды ночью на бронзовую собаку дерзко напала группа студентов. Злоумышленников поймала полиция, те предстали перед судом и, признав себя виновными в злонамеренном вандализме, были оштрафованы. Митинги протеста, шествия, беспорядки и аресты по всему Лондону продолжались еще два года. Бесконечная борьба утомила муниципальный совет Баттерси. Когда надежды на компромисс рухнули, причину волнений предложили просто убрать – и одной мартовской ночью 1910 года статуя тихо исчезла.
Вся история целиком рассказывается в книге: Mason Peter, The Brown Dog Affair (Two Sevens Publishing London, 199 j).
Ошибка мастера
Эрвина Шрёдингера (1887–1961) называли гением еще в первые годы его студенчества в Вене. Он – в ряду тех немногих физиков-теоретиков, которые в начале XX века свершили настоящую революцию в восприятии материи и Вселенной. Главное достижение Шрёдингера – волновая механика.
В 1927 году Планк освободил свое профессорское кресло в Берлинском университете, и Шрёдингер сменил его на этом месте. Тогда Берлинский университет был Меккой для физиков-теоретиков всего мира. Там Шрёдингер сдружится с Альбертом Эйнштейном. Эта дружба продлилась на десятилетия, хотя и с перерывами из-за бурных размолвок, и прервалась только за несколько лет до смерти Эйнштейна в 1955-м.
Однако не все в Шрёдингере было достойно восхищения. Физику, который доказал свое бесстрашие подвигами в ходе сражений австрийской армии в Великой войне, порой не хватало смелости и щепетильности в личной жизни.
В 1933 году, потрясенный бесчинствами нацистов, он (при посредничестве Фредерика Линдеманна) подыскал себе место в Оксфорде. Линдеманн многое сделал для создания Совета академической помощи, который помогал устроиться еврейским ученым, оставшимся в Германии без работы, однако однажды инициатива Шрёдингера, который евреем не был, его удивила. Он требовал отдать место своего ассистента Артуру Марчу, в то время профессору в Инсбруке. Все это сумели устроить, обеспечив заодно Шрёдингеру позицию в Магдален-колледже.
Однако вскоре обнаружилась истинная причина происходящего – оказывается, Шрёдингер воспылал страстью к жене Марча. Когда Линдеманн, довольно чопорный холостяк, прослышал об этом, то был крайне возмущен: выходит, Шрёдингеру нужен был не ассистент, а его жена! “Нам следует избавиться от этого хама”, – решительно заявил он коллегам. К всеобщему негодованию, Шрёдингер без сожалений оставил Оксфорд и его чопорных обитателей и уехал в свою родную Австрию, в Университет Граца. Вскоре последовал аншлюс – Австрию присоединили к Германии – и Шрёдингер, чьи политические взгляды ни для кого не были секретом, сделался персоной нон грата. И вот тут он и совершил самый постыдный поступок в своей жизни: написал открытое письмо руководству университета, в котором унизительно каялся во всех прежних ошибках, уверял, что воссоединение любимой страны с Германией вызывает в нем чувство восторга, и признавался в сладостном желании доверить свою жизнь фюреру. Письмо было напечатано во всех газетах.
Легко представить, как среагировали на него друзья Шрёдингера, например, Эйнштейн. Однако пользы Шрёдингеру оно не принесло (письму, очевидно, недоставало искренности): его лишили профессорского места и изгнали из университета.
Шрёдингер оказался в нелегком положении. И тут помощь пришла с неожиданной стороны. Имон де Валера, премьер-министр обретшей независимость Ирландии, вспомнив о своем юношеском увлечении математикой, теперь планировал основать в Дублине Институт фундаментальных исследований, а возглавить этот институт пригласил Шрёдингера, к тому времени уже лауреата Нобелевской премии. Он принял предложение и в 1939 году занял этот пост. И сам физик, и его семья были счастливы перебраться в Ирландию – кстати, там жизнелюб Шрёдингер имел не одну любовную интрижку и несколько лет прожил втроем с женой и со своей ирландской возлюбленной, которая даже родила ему ребенка. В те годы он опубликовал немного физических работ, зато именно в Дублине написал книгу “Что такое жизнь”, заставившую многих физиков сменить род занятий. И именно в Дублине он снова рассорился с Эйнштейном, с которым было помирился незадолго до того.
Шрёдингера, как и Эйнштейна, долго не оставляла идея единой теории поля – расширенной теории относительности, которая описывала бы и гравитационные, и электромагнитные взаимодействия – поскольку он испытывал почти мистическую веру в целостность природы. Шрёдингер вступил в оживленную переписку с Эйнштейном и, сообщив тому про один математический трюк, которым особо гордился, был рад прочесть в ответном послании про себя, что он “лукавый негодяй”.
Но тут Шрёдингер превзошел самого себя. Опьяненный собственными достижениями, он, уже мечтая о второй Нобелевской премии, в 1947 году представил статью со своими последними размышлениями на собрании Ирландской королевской академии. В зале присутствовал даже сам Валера.
Модель Шрёдингера основывалась на сформулированной им новой геометрии, примененной к релятивистскому пространству-времени; но в действительности все это оказалось весьма скромным уточнением теории, которую разрабатывали Эйнштейн и Артур Эддингтон и которая в итоге была признана Эйнштейном ошибочной. Ошибка Шрёдингера получила широкую огласку. Газета Irish Press сообщала, что “двадцать человек видели и слышали, как история делается у них на глазах: переворот в физике случился в лекционном зале Ирландской королевской академии, где вчера выступил доктор Эрвин Шрёдингер… Шрёдингер, – говорилось в статье, – растворился в снежном облаке на дороге, оседлав свой старенький велосипед прежде, чем ему успели задать уточняющие вопросы”, однако корреспондент смог встретиться с ним в его пригородном доме вблизи Дублина, и там узнал, что теория – невероятное обобщение, включающее теорию относительности Эйнштейна всего лишь как частный случай. Когда его спросили, уверен ли он в своих выводах, Шрёдингер отвечал: "Я убежден, что прав. Если же я ошибся, то буду выглядеть круглым дураком”. К сожалению, так в итоге и вышло.
Новости о случившемся вскоре добрались до Соединенных Штатов, a New York Times разослал копии статьи с просьбой прокомментировать ее Эйнштейну и другим ведущим ученым. Эйнштейн высказался сдержанно, но, по сути, его рецензия была разгромной.
Радио и газеты распространили ее по всему миру – вместе с замечанием Шрёдингера, кем он окажется, если будет неправ. Еще до того, как он познакомился с разгромным отзывом Эйнштейна на его статью, Шрёдингер отправил ему письмо с извинениями, где говорилось, что он вынужден раздувать значение своих исследований, чтобы улучшить положение (и в особенности, зарплату) в институте. Эйнштейн ответил ему резко, еще раз объяснив, почему он считает, что в его, Шрёдинге-ровой, теории нет ничего нового, и на этом переписка двух физиков прекратилась.
Еще сильней возмутил Эйнштейна отказ Шрёдингера от места в Дублине – это было явной с его стороны неблагодарностью. Шрёдингер вернулся на родину, в Австрию и возглавил кафедру физики в Венском университете. В Вене он и умер, осыпанный всеми почестями, какие только в его стране (и в Германии) были вообще возможны. Среди его бумаг биограф обнаружил папку, озаглавленную Die Einstein Schweinerei – последнее слово непереводимо, но означает что-то вроде грязного, позорного дела.
История и цитаты – из превосходной биографии Moore Walter, Schrödinger: Life and Thought (Cambridge University Press, Cambridge, 1989;.
