Страница 3 из 30
Кстати, с лёгкой руки Эрнеста Резерфорда атомы гелия стали называть «альфа-частицами».
И ещё Резерфорд высказал предположение, что атомный распад должен сопровождаться выделением энергии. В количестве, возможно, довольно значительном.
Новые теории физиков-реформаторов переворачивали с ног на голову веками устоявшиеся представления о природе вещей! Всё первое десятилетие ХХ века ушло на то, чтобы как следует «переварить» непростые для понимания «лучистые» атомные открытия. Но, «переваривая», благодарное человечество не скупилось на награды первооткрывателям. В 1903 году Беккерель и супруги Кюри были удостоены Нобелевской премии. Пять лет спустя такую же награду получил и Резерфорд. А в 1921-ом Нобелевским лауреатом стал Содди.
Казалось бы, всё встало на свои места!
Но…
При всей привлекательности теории Резерфорда в ней был один существенный пробел. Ведь если атом, на самом деле, построен по образцу солнечной системы, то электрон, вращающийся вокруг ядра, должен, теряя энергию, в конце концов, упасть на ядро. Однако этого не происходит! Электроны не падают! Атомы стабильны!
Почему?
Как объяснить сей парадокс?
Расставить всё по своим местам (с помощью всё той же квантовой механики) взялся 28-летний датский физик Нильс Бор. В 1913 году он выдвинул гипотезу, согласно которой электроны не могут испускать энергию непрерывно — в этом случае никакой энергии не хватит! По мнению Бора, электроны теряют свою энергию или приобретают новую, лишь переходя с одной орбиты на другую. Иными словами, совершая некий «квантовый» скачок. Если же они находятся на своих постоянных (стабильных) орбитах, никакой энергии не выделяется.
Были в предложении датчанина и другие тонкости. Ни наглядностью, ни тем более очевидностью они не отличались. Поэтому для большинства тогдашних учёных модель «атома Бора» выглядела очень странно и даже мистически.
Зато она (как в случае с Планком и Эйнштейном) очень хорошо объясняла физические явления, которым никак не удавалось найти убедительного толкования. Например, научный мир давно уже интересовал вопрос: почему атомные спектры представляют собою набор линий? Гипотеза Бора разъясняла, что каждая линия соответствует той вспышке, тому излучению, испускаемому атомом, когда его электроны переходят с верхней орбиты на нижнюю, теряя при этом часть своей энергии.
Вроде бы, логично. Но к этому надо было ещё привыкнуть.
Проникновение в глубины атома
Время шло. И открытия физиков, долго не поддававшиеся пониманию, были оценены по достоинству. Первооткрывателей удостоили Нобелевских премий: Макса Планка — в 1918-ом, Альберта Эйнштейна — в 1921-ом, Нильса Бора — в 1922-ом.
Но прежде чем это произошло, люди с большим удивлением обнаружили, что энергию взрывного порядка способно выделять не только атомное ядро, но и само человеческое сообщество.
Тысячелетний опыт познания природы, мудрость, дававшая возможность заглянуть в глубины атома и в беспредельные дали космоса, — всё в одночасье было поставлено на службу политическим амбициям. Звериная сущность, лежащая в основе всего живого на Земле, внезапно встала на дыбы, и цивилизованные европейцы принялись с варварским ожесточением уничтожать себе подобных: в августе 1914 года началась мировая война.
Ужасы этой кровопролитнейшей бойни затмили сознание миллионов, и народы разных европейских стран, подстрекаемые кучкой экстремистов левого толка, предприняли отчаянную попытку перевернуть, поставить с ног на голову установившийся в мире порядок. В Европе грянули революции.
Первой заполыхала великая Россия. Низы российского общества принялись крушить всё то, что было создано трудом предшествующих поколений, и безжалостно истреблять тех, кто это созидание осуществлял. В России вспыхнула гражданская война.
Напуганные бурей российского мятежа, лидеры европейских держав заговорили о мире. И в 1918 году в Компьенском лесу кайзеровская Германия подписала акт о своей полной капитуляции.
Пока по бескрайним российским просторам катился бунт, бессмысленный и беспощадный, израненная Европа принялась залечивать раны.
Возобновились и научные исследования.
В 1919 году Эрнест Резерфорд впервые в мире расщепил атомное ядро (тогда реакцию расщепления называли дезинтеграцией). Он облучал азот радиоактивными лучами, то есть альфа-частицами (ядрами гелия), мчавшимися с сумасшедшей, как казалось тогда, скоростью — 15 тысяч километров в секунду. Резерфорд понимал, что вероятность попадания хотя бы одной частицы в ядро азота чрезвычайно мала: из миллиона альфа-частиц всего лишь одна имела шанс угодить в приготовленную для неё микроскопическую мишень.
Но учёный терпеливо ждал.
И дождался. «Пуля» попала в цель!
Поглотив альфа-частицу, ядро азота выбросило из себя протон. В результате азот и гелий превратились в кислород и водород.
Английскому физику удалось то, о чём в средние века могли только мечтать неудачливые алхимики: совершить превращение одного элемента в другой! При этом (в полном соответствии с высказанным ранее предсказанием Резерфорда) выделялась энергия — это было тотчас зафиксировано приборами. Учёный окончательно убедился в том, что внутри атомов таятся невиданные энергетические запасы. Целые кладовые энергии!
Впрочем, произведя расчёты, Резерфорд пришёл к не очень обнадёживавшему выводу. Бесстрастные математические выкладки показывали, что в обозримом будущем использовать эту «энергию атома» вряд ли удастся — слишком нелёгким (почти невыполнимым) делом представлялось само расщепление атомного ядра.
Очень мала была «мишень». И совсем уж крошечной казалась летящая к ней «пуля».
Комментируя сложившуюся ситуацию, Альберт Эйнштейн сказал, что вероятность попадания в атомное ядро точно такая же, как при попытке подстрелить в кромешной тьме птицу из летящей стаи. Особенно когда птиц в этой стае совсем немного.
Впоследствии Лев Ландау дал ещё более популярное разъяснение:
«Для ничтожно малой альфа-частицы, летящей внутри вещества, расстояния между атомами, между ядрами и окружающими их электронами так велики, что вероятность попадания её в какое-нибудь ядро крайне сомнительна. Представьте себе лес, где каждое дерево находится от другого в пяти километрах. Можно ли попасть снарядом в какое-нибудь дерево без прицела? Ясно, что при этих условиях в лучшем случае удастся вызвать одну ядерную реакцию с помощью миллиона частиц…
Положение выглядело настолько безнадёжно, что физики долгое время относились к перспективе использования внутриатомной энергии примерно так же, как к проблеме вечного двигателя».
Однако учёные были терпеливы. Они углубились в раздумья.
Если, говорили физики, бессмысленно стрелять по ядрам из «ружья», значит, на атомную «охоту» надо брать с собой скорострельный «пулемёт».
И тут немецкий учёный Фридрих Хоутерманс подлил масла в огонь, выдвинув (в 1929 году) гипотезу о ядерном или, точнее, о термоядерном происхождении звёзд. В небесных светилах, заявил он, должны вовсю бушевать взрывы немыслимой мощи.
Но если атомная энергия клокочет в звёздах, почему не попытаться получить её на Земле? В каком-нибудь укромном изолированном месте?
Так или примерно так рассуждали тогда в научном мире очень многие.
И в том же 1929 году два молодых физика — американец Эрнест Лоуренс и Лео Сцилард из Венгрии — независимо друг от друга придумали тот самый «пулемёт», который способен был заменить прежнее «ружьё» для «охоты» на атомы.
Учёные предложили «обстреливать» микроскопические атомные «мишени» не отдельно летящими ядерными «пулями», а мощными пучками альфа-частиц. Или потоком протонов. Предварительно разогнав их до невероятно больших скоростей. С помощью электромагнита, в специальном ускорителе.
В 1931 году Эрнест Лоуренс вместе с другим американцем Милтоном Ливингстоном построил такой прибор. Его назвали циклотроном.