Резерфорд

Радиационная активность урана скоро получила название радиоактивности. О ней заговорили как о таинственном явлении природы не только популяризаторы науки, но и сами ученые. Всего таинственней была неистощимость этой радиации. Проходили день, два, неделя, месяц, а способность урана или его соединений испускать невидимые лучи отнюдь не убывала. А между тем не могло быть сомнений, что урановое излучение несет с собою энергию: об этом свидетельствовали засвеченные пластинки. Казалось непонятным, откуда эта неиссякающая энергия берется.

Столь же таинственным было и другое: интенсивность этой радиации нельзя было ни уменьшить, ни увеличить. Этот кран нельзя было ни прикрутить, ни отвернуть посильнее. Никакие лабораторные средства тут не годились: уран оставался равнодушным и к нагреванию, и к охлаждению, и к электрическим полям, и к магнитным, и к механическому давлению, и к химическим превращениям… С невиданным постоянством он продолжал излучать свою невидимую радиацию!

Много лет спустя соотечественник Беккереля Луи де Бройль сказал: «Все физики поняли важность этого открытия, но весьма немногим, конечно, интуиция подсказала, что оно позволит нам проникнуть в наиболее сокровенные части вещества, в сердце атома, которое мы называем сегодня ядром…»

Эти слова нуждаются в поправке и дополнении.

Поправка. Когда ученые через десятилетия оглядываются на прожитое, год или два теряют существенное значение для общей картины истории. Но когда история еще творится, каждый месяц у нее на счету. В 1896 году Беккерель едва ли согласился бы с мнением, что все физики поняли важность его открытия. Это мог бы сказать о своей находке Рентген, но не Беккерель. Х-лучи немедленно породили все нарастающую волну новых исследований. С лучами урана этого не случилось. Всю весну, лето, осень, зиму и новую весну 1897 года французский академик продолжал в одиночестве заниматься изучением урановой радиации. Физик Альфред Ромер объяснил это так: «Лучи Беккереля, поскольку они не давали снимков костей, не были столь заманчивы, как рентгеновы…» Норман Фезер рассудил, по-видимому, точнее: «Только тому, что подавляющее большинство физиков было целиком поглощено работой над открытием Рентгена, можно приписать тог факт, что Беккерель в течение года с лишним оставался практически единственным исследователем в равно обещающей области научных исканий».

Мария Склодовская еще занималась изучением ферромагнетизма в лаборатории Пьера Кюри. Они оба приступили к своим эпохальным работам по радиоактивности только в конце 1897 года.

На несколько месяцев раньше впервые взял в руки урановую соль Эрнст Резерфорд. И с этим связано коротенькое дополнение к словам де Бройля. Именно Резерфорду совсем скоро предстояло стать во главе тех «весьма немногих», чьей интуиции тут открылся путь в глубины вещества — «в сердце атома».

Итак, рентгеновы лучи уже сделали в Париже неоценимое историческое дело. «Беда никогда не приходит одна», — пошутил Дж. Дж. Томсон. Можно продолжить его шутку: беды не ходят и парами — «третью беду» принесла физике стараниями самого Томсона Кавендишевская лаборатория.

Новогоднее послание Рентгена произвело в Кембридже впечатление столь же сильное, что и в Париже. И первая реакция Томсона была не оригинальна: надо прежде всего сполна испытать «совсем особого рода удовольствие», какое испытал вюрцбургский профессор. Эбенизер Эверетт получил ясное задание. Один пункт в этом задании носил характер отнюдь не физический: следовало раздобыть лягушку с прибрежных низин на Кеме.

Вскоре рентгеновский снимок этой счастливой лягушки пересек два океана и лег на дощатый стол в Пунгареху, свидетельствуя перед лицом мастера Джемса и учительницы Марты, что сын их Эрнст занимается в Кавендише необычайными вещами.

А в Кавендише, потешившись прекрасными анатомическими снимками, сразу приступили к изучению физики рентгеновых лучей. Эрнст на маорийский лад объяснял Мэри: «Теперь едва ли не каждый профессор в Европе уже ступил на тропу войны!» В этом соревновании исследовательское чутье Дж. Дж. и одна его старая научная привязанность повели Кавендишевскую лабораторию по самому многообещающему пути.

В старости, подводя итоги, Дж. Дж. с улыбкой вспоминал, что в его сознательной жизни не было такого периода, когда бы он с большей или меньшей страстью не предавался изучению электрических явлений в газах. Это было как наваждение. И в те же дни, когда Анри Беккерель, внимая «голосу крови», весь отдавался своей наследственной приверженности к фосфоресценции, Дж. Дж. почувствовал, что не сможет спокойно жить, пока не узнает, окажут ли Х-лучи какое-нибудь влияние на электрические свойства вещества в газообразном состоянии.

28 января 1896 года он впервые подверг рентгеновскому облучению сосуд с газом. И вместе с рисёрч-стьюдентом МакКлелландом наблюдал желанный эффект: нейтральный газ под действием Х-лучей становился на короткое время проводником электричества.

Собственно, больше ничего и не случилось. Сущая малость.

Но эта малость была настолько важна, что кембриджец Эпплтои впоследствии сравнивал происшедшее с прорывом фронта. В подтверждение своей правоты он ссылался на мнение Резерфорда. А Резерфорд говорил, что то было началом «периода пионерского продвижения вперед по необжитой и плодородной стране, когда день за днем поднимались целинные земли, когда открытие за открытием следовали стремительной чередой».

Томсон повел в этот поход лучшие силы Кавендишевской лаборатории и прежде всего своих молодых, полных энтузиазма докторантов. И хотя он видел, как много времени отнимает у Резерфорда магнитный детектор, и знал, что новозеландцу в его ночных экспериментах приходится прибегать к помощи Таунсенда и Мак-Клелланда, и понимал, что вдобавок свободные часы уходят у иего на репетиторство, он все-таки уже в марте предложил ему совместную работу по новой теме.

Он спешил. Он был увлечен неожиданно открывшимися перспективами. И верил, что Резерфордово уменье идти «прямо к самому сердцу проблемы» поможет и ему, Томсону, быстрее добраться до сути дела. А влекла его забрезжившая надежда раскрыть, наконец, физический механизм электропроводности газов.

Благодаря Х-лучам эта надежда стала реальной. Появился легкий и безотказный способ простым облучением делать газ проводником электричества и снимать эту проводимость, прекращая облучение. Таково было исходное утверждение, с которого начиналась первая совместная работа Томсона и Резерфорда.

Позже эту работу стали называть эпохальной. На пятнадцати страницах журнальной статьи была экспериментально и теоретически обрисована правдоподобная картина процессов, происходящих в газе, когда он становится проводником электричества. Даже сегодня авторитеты признают, что та картина была «во всех существенных деталях совершенно корректной».

Но что же тут могло быть эпохального? О каком пионерском походе по какой незнаемой земле мог говорить Резерфорд. любивший иронию больше торжественного пафоса? Электропроводность газов… Разве не была это всего лишь частная физическая проблема — одна из тысяч?

Внешне так оно, конечно, и выглядело. Но в сердце этой проблемы лежало устройство молекул и атомов. Вот куда вел открывшийся путь! А потому и любые громкие слова были тут уместны. И легко понять, почему в октябре 96-го года Эрнст шутливо предупредил Мэри, чтобы она не удивлялась, если однажды утром узнает из каблограммы какую-нибудь оглушительную новость.

Картина электропроводности представилась Томсону и Резерфорду в очень простой схеме.

…В нейтральном газе появляются носители зарядов — положительных и отрицательных. Они появляются обязательно в равных количествах. Под влиянием электрического поля положительные движутся к отрицательному электроду, отрицательные — к положительному. Прибор регистрирует возникновение тока. Прежде нейтральный газ становится проводником. Противоположно заряженные носители, встречаясь в пути, могут взаимно нейтрализоваться.