Создание атомной бомбы

Летом 1913 года Нильс Бор отплыл в Англию в сопровождении молодой жены. Перед ним отправились вторая и третья части его эпохальной статьи, которые он уже отослал Резерфорду по почте; он хотел обсудить их до публикации. В Манчестере он вновь увиделся со своим другом Дьёрдем де Хевеши и некоторыми другими исследователями. Один из тех, с кем он там встретился, возможно, впервые, был Генри Гвин Джефрис Мозли, которого все звали Гарри, выпускник Итона и Оксфорда, работавший с Резерфордом – в качестве лаборанта, показывавшего студентам опыты, – с 1910 года. Двадцатишестилетний Гарри Мозли был готов к великим свершениям. Ему не хватало только исходного толчка – и таким толчком стал приезд Бора[355].

Мозли был одиночкой, «человеком настолько замкнутым, – говорит А. С. Рассел, – что я не мог понять, нравится он мне или нет»[356], но имел неприятное обыкновение не сдерживаться, когда при нем высказывали какое-нибудь безосновательное утверждение. В тех редких случаях, когда он отрывался от работы, чтобы выпить чаю в лаборатории, ему удавалось осадить даже самого Эрнеста Резерфорда. Остальные «мальчики» Резерфорда прозвали его Папой. Мозли уважал шумного лауреата, но, конечно, никогда не выражал столь интимных чувств; ему казалось, что Резерфорд прикидывается неотесанным провинциалом.

Сам Гарри происходил из рода выдающихся ученых. Его прадед, управлявший приютом для умалишенных, был целителем увлеченным, но так и не обзаведшимся врачебным дипломом, зато дед его был капелланом и профессором натуральной философии в Кингз-колледже, а отец стал биологом трехлетней экспедиции на корабле «Челленджер», по материалам которой было опубликовано новаторское исследование Мирового океана в пятидесяти томах. Генри Мозли – Гарри назвали так же, как звали его отца, – удостоился дружеской похвалы Чарльза Дарвина за свой популярный однотомный отчет под названием «Записки натуралиста о путешествии на “Челленджере”» (Notes by a Naturalist on the Challenger); в свою очередь, Гарри работал в Манчестере с внуком Дарвина, физиком Чарльзом Г. Дарвином.

Хотя он был замкнут до чопорности, в экспериментальной работе он был неутомим. Иногда он работал по пятнадцать часов подряд, до глубокой ночи, пока не доходил до полного изнеможения; тогда, где-то перед рассветом, он подкреплялся скудной трапезой из сыра и ложился спать на несколько часов, а в полдень завтракал фруктовым салатом. Он был человеком подтянутым, аккуратным в одежде и консервативным и любил своих сестер и овдовевшую мать, которой он регулярно писал непринужденные и теплые, полные любви письма. Когда он заканчивал Оксфорд, приступ сенной лихорадки не позволил ему сдать выпускные экзамены по дополнительным курсам; он терпеть не мог преподавать манчестерским студентам, среди которых было много иностранцев – «индусов, бирманцев, япошек, египтян и прочих индийских подонков»; он испытывал отвращение к их «надушенной нечистоплотности»[357]. Но осенью 1912 года Гарри наконец нашел себе великую тему для работы.

10 октября он писал матери: «Некоторые немцы получают чудесные результаты, пропуская икс-лучи сквозь кристаллы, а затем фотографируя их»[358]. Немцы эти работали в Мюнхене под руководством Макса фон Лауэ. Фон Лауэ обнаружил, что упорядоченная, повторяющаяся структура кристалла позволяет получить из рентгеновских лучей монохроматическую интерференционную картину подобно тому, как зеркальные, разнесенные на малое расстояние внутренняя и внешняя поверхности мыльного пузыря создают цветовую интерференционную картину из белого света. Открытие рентгеновской кристаллографии принесло фон Лауэ Нобелевскую премию. Мозли и Ч. Г. Дарвин приступили к исследованию этой новой области. Они достали необходимое оборудование и проработали всю зиму. К маю 1913 года они научились использовать кристаллы в качестве спектроскопов и заканчивали первую основательную работу. Рентгеновские лучи представляют собой высокоэнергетический свет с чрезвычайно малыми длинами волн. Атомная решетка кристалла разлагает их в спектр приблизительно так же, как призма разлагает видимый свет. «Мы выяснили, – писал Мозли своей матери 18 мая, – что источник икс-лучей с платиновой мишенью создает спектр с четкими линиями пяти длин волн… Завтра мы будем искать спектры других элементов. Речь идет о совершенно новой отрасли спектроскопии, которая непременно должна рассказать нам многое о природе атома»[359].

Затем приехал Бор, и они стали обсуждать старую идею Бора о том, что порядок расположения элементов в периодической системе должен соответствовать росту атомного номера, а не атомного веса, как считали химики. Например, атомный номер урана равен 92; атомный вес самого распространенного из изотопов урана равен 238; более редкий изотоп урана с атомным весом 235 имеет тот же атомный номер. Гарри мог заняться поисками регулярных смещений длин волн в линейчатых рентгеновских спектрах и доказать тем самым справедливость предположения Бора. Атомный номер должен был дать место для размещения в периодической системе всех уже открытых разнообразных физических разновидностей атомов, которые вскоре после этого получили название «изотопы»; атомный номер, определяющий заряд ядра и, следовательно, число электронов в атоме, от которого зависят химические свойства элемента, стал бы веским аргументом в пользу модели атома Резерфорда; линии рентгеновского спектра стали бы дополнительным подтверждением предложенных Бором квантовых электронных орбит. Эту работу Мозли предстояло выполнить в одиночку: Дарвин занялся к тому времени другими вопросами.

Бор вместе с терпеливой Маргрете уехал в Кембридж, чтобы отдохнуть и окончательно довести до блеска свою статью. В конце июля Резерфорд и Мэри отправились в поход по идиллическим горам Тироля. Мозли остался в «невыносимо жарком и душном» Манчестере и продолжал работать в стеклодувной мастерской. «Даже сейчас, около полуночи, – писал он матери через два дня после отъезда Резерфорда, – я снимаю пиджак и жилет и работаю, открыв окна и двери, чтобы впустить хоть немного воздуха. Я приеду к тебе, как только доведу свой аппарат до рабочего состояния, еще до начала измерений»[360]. 13 августа он все еще работал над ним. Он объяснил, чего именно он хочет добиться, в письме к своей сестре Марджери:

Так я хочу найти длины волн рентгеновских спектров как можно большего числа элементов, так как я считаю, что они окажутся гораздо более важными и фундаментальными, чем обычные световые спектры. Чтобы найти длины волн, нужно отражать икс-лучи, идущие от мишени из исследуемого элемента [при обстреле такой мишени катодными лучами]… После этого мне нужно всего лишь определить углы, под которыми они отражаются, и это дает мне длины волн. Я хочу добиться точности порядка по меньшей мере одной тысячной[361].

Боры вернулись в Копенгаген, Резерфорды вернулись из Тироля, а потом наступил сентябрь, время ежегодного собрания Британской ассоциации, которое проходило в том году в Бирмингеме. Бор не собирался там быть, особенно после того, как слишком задержался в Кембридже, но Резерфорд считал, что приехать ему все же следует: вся конференция наверняка только и будет говорить, что о его квантовом атоме и поразительных спектральных предсказаниях. Бор уступил и поспешил приехать. Гостиницы Бирмингема были переполнены. Первую ночь он спал на бильярдном столе[362]. Затем предприимчивый де Хевеши нашел ему койку в общежитии женского колледжа. «И это было очень, очень удобно и удачно», – вспоминал впоследствии Бор, тут же добавляя, что «девушки были в отъезде»[363].

355

Материалы о Мозли изложены по Heilbron (1974).

356

Цит. по: Ibid., p. 57.

357

Из письма Мозли к матери, там же, p. 176.

358

Ibid., p. 193.

359

Ibid., p. 205.

360

Ibid., p. 206.

361

Ibid., p. 207, 208.

362

Bohr OHI, AlP, p. 7.

363

Ibid.