Резерфорд

…Хотя это рассказано «забегая вперед», едва ли стоит теперь возвращаться назад к прерванным раздумьям сэра Эрнста за рулем его старого автомобиля, бегущего из Кембриджа в Лондон. И едва ли стоит описывать триумфальный успех его второй Бэйкерианской лекции. Можно было бы не касаться подробней и самого ее содержания, если бы позже, в 30-х годах, не утвердилась за нею слава пророческой. Правда, легко возразить: вот уж в чем нет для нас никакой новизны — это в упоминаниях об интуитивных прозрениях Резерфорда. Но здесь был случай особый.

В лекции тесно соседствовали экспериментальные факты и теоретические догадки. Иные из фактов сами еще недавно были недоказанными предположениями. И среди них — тот фундаментальный факт, что альфа-обстрел выбивает из атомов азота Н-частицы — водородные ядра.

«После моего переезда в Кембридж эта проблема подверглась штурму с нескольких направлений». Дав эту справку будущим историкам, он целый раздельчик Бэйкерианской лекции посвятил довольно подробному рассказу об экспериментальных ухищрениях, позволивших, наконец, добиться желанного: по отклонению в сильном магнитном поле и другим достоверным данным надежно установить, что у длиннопробежных частиц масса и заряд водородных ядер — Н +1. Он не забыл с благодарностью отметить, как в установлении этого факта ему помогли Джемс Чадвик и рисёрч-стьюденты из Японии — д-р Ишида и д-р Шимицу. И конечно, Кроу.

А факт был фундаментальным не только потому, что окончательно доказывал возможность лабораторного превращения одних элементов в другие. Он, этот факт, служил исходным пунктом множества заманчивых теоретических догадок о строении атомных ядер. И Резерфорд в заключительных главках лекции дал волю своему конструктивному воображению.

Иным из его тогдашних догадок не суждено было оправдаться. Другим — надо было только дождаться своего часа. И среди них арифметически простым догадкам о существовании ряда легких ядер, столь бесхитростно построенных природой, что кажется, будто мысль об их реальности должна была возникнуть у физиков сама собой. Иначе говоря, те догадки Резерфорда — числом четыре — обладали обычным свойством его научных прозрений: почти детской очевидностью. О двух из них он рассказал в Бэйкерианской лекции так:

Рассматривая вопрос о возможной конституции элементов, естественно предположить, что они построены в конечном счете из водородных ядер и электронов. С этой точки зрения ядро гелия состоит из четырех ядер водорода и двух отрицательных электронов с результирующим зарядом +2…

Если это наше предположение справедливо, представляется весьма вероятным, что один электрон может так же точно связывать два Н-ядра и даже одно Н-ядро. В первом случае это влечет за собой возможное существование атома с массой, равной примерно 2, и зарядом ядра +1; такой атом должен рассматриваться, как изотоп водорода. Во втором случае рождается идея возможного существования атома с массой, равной 1, и нулевым зарядом ядра.

С ясностью, не оставлявшей никаких сомнений, в этих строках были предсказаны, во-первых, тяжелый водород — дейтерий и, во-вторых, незаряженная ядерная частица — нейтрон. Чувствуя, что вторая из этих догадок будет встречена с крайним недоверием, Резерфорд постарался мотивировать ее подробней:

Такая атомная структура кажется решительно невозможной. По современным представлениям, нейтральный атом водорода рассматривается как система из ядра с единичным зарядом и электрона, присоединенного к нему на расстоянии, и водородный спектр приписывается перемещениям этого отдаленного электрона. Однако при известных условиях может случиться, что электрон будет сочетаться с Н-ядром в гораздо более тесной близости, образуя своего рода нейтральный дублет.

Сказать еще что-нибудь в защиту идеи такого дублета он не мог. Но для того чтобы пленить воображение слушателей и, быть может, соблазнить кого-нибудь из коллег на поиски атома с нулевым атомным номером, он попытался в нескольких чертах набросать необычайный портрет нейтрона. До сих пор этот портрет удивляет физиков своей точностью. И вещной предметностью теоретического мышления! Новый микрообъект был логически слеплен отнюдь не по образу и подобию уже известных обитателей микромира, а в резком противоречии с их образом и подобием. И право же, снова хочется утверждать, что этот человек вопреки законам природы реально заглядывал своим мысленным взором в атомные миры и потомуто мог с такой скульптурной отчетливостью вести рассказ о повадках еще не открытой частицы.

Такой атом должен был бы обладать небывалыми свойствами. Его внешнее поле будет практически нулевым, за исключением очень близкой к нему окрестности. И в соответствии с этим он должен отличаться способностью свободно двигаться сквозь вещество. Его присутствие было бы, по-видимому, трудно установить с помощью спектроскопа. И было бы заведомо невозможно удержать его в запечатанном сосуде. С другой стороны, он должен с легкостью проникать в структурные глубины атомов и может там либо соединяться с атомными ядрами, либо подвергаться распаду под действием их интенсивных полей…

И в довершение всего он тут же заметил, что «существование таких атомов кажется почти необходимым для объяснения строения ядер тяжелых элементов». И это был еще один взлет его проницательности — заключительный штрих к портрету нейтрона.

Но не заключительный штрих к портрету его отваги…

Живо представив себе, как при электрическом разряде в атмосфере водорода разыгрываются бесчисленные сцены столкновений Н-ядер со свободными электронами, он дерзко подумал: а почему бы при этом не рождаться, хотя бы в малом числе, его гипотетическим нейтральным дублетам?! Ему так хотелось этого, что он закрыл глаза на боровскую квантовую паутину дозволенных орбит в водородном атоме. Между тем электрон согласно Бору не мог бы обосноваться где-то ниже самой нижней из таких орбит. Молча отвергнув этот запрет, сэр Эрнст объявил в Бэйкерианской лекции, что попробует создать нейтроны в лаборатории!

Вообще-то говоря, он был вполне последователен: ведь он уже предупредил в- своем предсказании нейтрона, что «при известных условиях» можно действовать и в обход квантовой модели атома. И если ровно десять лет назад он отважился поссориться с классической теорией Максвелла, почему бы теперь он должен был остановиться перед размолвкой с новой, им самим вдохновленной и вовсе еще не успевшей забронзоветь теорией Бора?

Все так. Но прежде он бывал осмотрительней, врываясь в область явно неизвестного. Когда в монреальские времена ему страстно захотелось синтезировать радий из эманации и гелия, он, поманив пальцем макгилльца Мак-Интоша, чуть ли не шепотом — хоть и неумелым своим, но все-таки шепотом — предложил тому заняться пропусканием лабораторных молний через смесь этих газов. И воздержался от каких бы то ни было широковещательных заявлений даже в пределах Мак-Гилла. А теперь ему словно бы с завистью припомнились лавры Вильяма Рамзая. (Уже покойного — сэр Вильям умер летом 16-го года, в разгар войны.)

Может быть, это слава начала подтачивать его трезвость? Может быть, атмосфера непрерывных успехов начала блокировать его самоконтроль? Тут психологически интересно — и ново для нас! — именно это: не то, что он решился на безнадежные эксперименты, а то, что решился заранее оповестить о своей решимости мир.

Интуиция не предупредила его вовремя о безнадежности всей затеи. Она словно притомилась, только что совершив учетверенный подвиг предсказания новых микрообъектов. УчетЕеренный — ибо, кроме дейтерия и нейтрона, Резерфорд в той Бэйкерианской лекции предрек еще существование сверхтяжелого водорода (трития) и легкого гелия (гелий-3). И, по совести говоря, в его догадливости было бы уже что-то мистическое, если бы он еще заранее уверился и в неосуществимости своего нейтронного проекта.

…Шел всего только 1920 год. До открытия нейтрона оставалось еще двенадцать лет. И целых двенадцать лет должны были накапливаться принципиально новые сведения о законах микромира, чтобы однажды стало известно; для создания нейтрона в обычных условиях надобны не две элементарные частицы, а три! Нейтрон сам это демонстрирует, распадаясь на протон, электрон и антинейтрино. (И, несмотря на эту свою явную сложность, обладает всеми правами почитаться частицей элементарной. Можно ли было умозрительно предугадать нечто подобное?)