Резерфорд

Он вел исследование лучей урана так, точно до него никто и не прикасался к радиоактивности. (Самого этого термина еще не было в научном обиходе.) Все сначала! Ни слова, принятого на веру! Ни одного вывода, не подтвержденного заново! И этот деятельный скептицизм очень скоро принес неоценимые плоды. Без преувеличения и, уж конечно, без иронии можно сказать, что через два года после Анри Беккереля Эрнст Резерфорд переоткрыл излучение урана. С чем бы сравнить то, что удалось ему сделать? Если угодно, так Шекспир переоткрыл Гамлета, известного до него по хронике Самсона Грамматика…

В работе Резерфорда всего важнее было ее начало. Из девятнадцати параграфов этого обширного исследования, несомненно, самым существенным был § 4 — «Сложная природа урановой радиации».

Ему захотелось прежде всего узнать, однородна ли радиация урана или, быть может, она состоит из лучей разной проникающей способности. Автопортреты урана на фотопластинках Беккереля не только не заключали ответа на такой вопрос, но и не возбуждали самой проблемы. Так, черно-белые снимки облаков не возбуждают подозрений, будто в солнечном луче спрятаны семь цветов радуги. Отчего же Резерфорд заподозрил, что в радиации урана есть своя радуга?

Когда сегодня на экзамене по физике фортуна подбрасывает школьнику вопрос о трех типах излучения естественных радиоактивных элементов, юнец вздыхает с облегчением: «Повезло!» Вопрос легчайший. И ответ на него звучит красиво. Это — альфа-, бета- и гамма-лучи; альфа — положительно заряженные ядра гелия; бета — отрицательно заряженные электроны; гамма — коротковолновые фотоны невидимого света; они, разумеется, электрического заряда не несут, как и любые фотоны… Существует заблуждение, — и оно бытует на страницах многих популярных книг, — будто именно так, по знаку заряженности, впервые отличил Эрнст Резерфорд альфалучи от бета-лучей. Картина рисуется при этом соблазнительно простая: он поместил излучающие вещества в магнитное поле и сразу установил, что один лучевой поток отклоняется влево, другой — вправо, а третий не отклоняется вовсе. Неотразимая убедительность этой картины для популярных книг очень хороша. Но история делалась не так.

Резерфордовское открытие «радуги» в урановой радиации было совсем не случайным. О магнитном поле он тогда и не думал. Да и нужного магнитного поля он не мог бы создать в Кавендише 1898 года. Снова все началось с размышлений о лучах Рентгена.

Они бывали разными. И не только по интенсивности. Одни легко проникали даже через солидную толщу металла, другие не могли преодолеть и сравнительно слабой преграды. Уже тогда говорили, как говорят сегодня, о мягких и жестких рентгеновых лучах. Все зависело от условий их получения — от характеристик разрядной трубки, где они рождались. Кавендишевцы, конечно, шутили, что проникающая способность лучей Рентгена целиком зависела от Эбенизера Эверетта — он, лучший стеклодув Великобритании, выдувал и монтировал для них эти трубки. В «изготовление» урановой радиации не могли бы вмешаться ни Дж. Дж., ни искуснейший Эверетт: условия ее рождения в недрах урана никому не были известны. Но одно сходство с лучами Рентгена тут было очевидно: способность пронизывать толщу непрозрачного вещества. А в исканиях ученых всегда есть что-то от простодушия детского любопытства: может быть, и урановая радиация не вся однородна — может быть, и в ней есть мягкие и жесткие лучи, очень пропикающие и не очень проникающие? Может быть, в лаборатории природы, где создается эта радиация, осуществляются разные условия ее рождения? Вот что занимало Резерфорда, когда весной 1898 года он приступил к параграфу четвертому своей исследовательской программы. Еще не было речи ни о каких знаках заряда, а только о проникающей способности лучей урана. Только об этом…

Резерфорд удовлетворил тогда свое любопытство со столь характерной для него простотой экспериментальных решений.

…Две горизонтальные цинковые пластиночки. Одна над другой. Между ними толща воздуха в несколько сантиметров. Нижняя соединена с одним из полюсов заземленной батареи. Верхняя — с заземленным квадрантным электрометром. На нижней пластиночке ровным тонким слоем насыпан черный порошок — уран!

Стрелка электрометра приходит в движение: урановая радиация порождает в воздухе ионы — газ перестает быть изолятором, между пластинками течет ток. Он тем сильнее, чем больше создается ионов. А ионов тем больше, чем интенсивней радиация. Стоит накрыть слой урана тончайшим металлическим листком, и часть радиации поглотится. Станет слабее ток. Стрелка электрометра чуть отползет назад. Она отползет назад еще заметней, если заэкранировать уран преградой из двух листков, из трех, четырех… двенадцати… двадцати… В конце концов наступит момент, когда стрелка электрометра вернется в нулевое положение. Проникающая способность радиации иссякнет, и экран поглотит все лучи. Больше некому будет создавать ионы в воздухе, и ток прекратится.

А если не прекратится?!

Норман Фезер уверяет, что Резерфорд был поражен неожиданностью открывшейся ему картины. Но хочется думать обратное.

В общем-то психологические гадания об эмоциях исследователей к сути открытий решительно ничего не прибавляют. Наука бесстрастно приходует на своих необозримых складах проверенные истины. Она великолепно равнодушна к суетности наших переживаний. Даже к вечноболезненной проблеме приоритета, заставляющей страдать и отдельных людей и целые государства, она равнодушна. Но для истории исканий ученого — для его внутренней биографии — все это полно значения. Пустячность пустяков относительна: часто за ними маячит меняющийся образ человека.

Так вызывающе прост был замысел того классического эксперимента Резерфорда, что, право же, трудно поверить, будто он совсем не ожидал увидеть увиденное. Опыт был поставлен так, как если бы он заранее знал, что должно произойти. Это походило на демонстрацию физического закона во время лекции.

…Ток не прекращался. Он стал слабее в два с лишним раза, когда на порошок урана лег один листок алюминиевой фольги. Два листка уменьшили его почти в шесть раз. Три — почти в одиннадцать. Четыре — в двадцать раз… Все шло по обычному закону поглощения любой радиации в веществе: толща металла росла в арифметической прогрессии, а радиация иссякала гораздо быстрее — в прогрессии геометрической. Все шло по кривой, которую математики называют экспонентой. Казалось, довольно прибавить еще листок или два — и уже ни один лучик из урановой радиации не пробьется через алюминиевый экран. В слое воздуха над экраном перестанут рождаться ионы — исчезнет ток. Однако ни пятый, ни шестой листок нового уменьшения радиации не вызывали; стрелка электрометра не возвращалась к нулю. Такой же слабенький ток, как и при четырех листках, продолжал струиться сквозь воздух между цинковыми пластинками. Ни двенадцать, ни двадцать листков алюминия не смогли изменить этой установившейся картины.

Что же это означало? Может быть, какой-то агент извне, слабосильный, но упрямый, вмешивался в ход эксперимента и независимо от лучей урана разламывал молекулы воздуха на ионы?

Надо ли говорить, что такой — уже многоопытный! — экспериментатор, как двадцатишестилетний Эрнст Резерфорд, заранее предпринял необходимые меры предосторожности, дабы опыт оказался чистым. Совсем как в нынешних атомных лабораториях, он окружил свою установку свинцовой защитой от посторонних излучений.

Нет, всему виной был сам уран — необычный характер его радиации. Возникло подозрение, что это смесь двух разных излучений. Одно порождает в воздухе очень много ионов (сильный ток!), но вещество легко его поглощает: достаточно четырех листков алюминия, чтобы практически свести его на нет. Другое излучение несравненно слабее ионизирует воздух (слабый ток!), но зато обладает большой проникающей способностью; даже двадцать листков алюминиевой фольги для него неощутимая преграда.

Подозрение подтвердилось. Только понадобился экран толщиною в сто листков алюминия, чтобы наполовину сломить упрямство второго ионизирующего агента — вдвое уменьшить создаваемый им ток. Короче: экспонента второго уранового излучения оказалась как бы в сто раз более пологой, чем экспонента первого.