Резерфорд

В день, когда Резерфорд сумел сделать свой подсчет, из его профессорской комнаты громко доносилось: «Вперед, со-оолдаты Христа…» И живо представляется, как повторялся один и тот же кадр: приоткрывалась дверь, и в ее проеме поочередно возникали фигуры его «мальчиков» — то Бэрнс, то МакКланг, то Грайер, то Аллен, то Кук, то Оуэнс наконец; у каждого улыбка на лице и молчаливый вопрос в глазах: «сколько?» И каждому в ответ короткое: «Шесть тысяч, мальчики!»

Все понимали, что это значит для шефа. Для шефа и для атомной физики. Шесть тысяч почти в два раза меньше десяти. И следовательно, альфа-частицы почти в два раза тяжелее атомов водорода! Это при условии, что заряд у них минимальный, такой же, как у водородного иона: е= + 1. А если заряд их больше — скажем, 2е? Тогда и масса вдвое больше… И они уже равны по массе учетверенным атомам водорода… Скромнейшая арифметика кружила голову. В конце отчетной статьи Резерфорд позволил себе напророчествовать:

Способность радиоактивных веществ испускать, повидимому самопроизвольно, большие массы с громадными скоростями подтверждает ту точку зрения, что атомы этих субстанций устроены, по крайней мере частично, как быстро вращающиеся или колеблющиеся системы заряженных телец, весьма тяжелых по сравнению с электроном.

Так 10 ноября 1902 года Эрнст Резерфорд дал первый набросок своей будущей модели атома. Набросок грубый, как наскальный рисунок дикаря, но и столь же выразительный. Замечательны были незаметные слова — «по крайней мере частично». В них заключался на. чек на возможность неоднородного строения атома. При большом желании в них можно увидеть предвосхищение идеи атомного ядра, пространственно отделенного от электронов…

Вот когда действительно начался его альфа-роман.

Однако всю зиму 1902/03 года он не углублялся в новые исследования альфа-частиц: недоставало времени. У него в работе была первая его книга — обширная монография, задуманная как энциклопедия радиоактивности. Он приступил к делу еще летом и 1 августа написал матери, что надеется справиться с этой нелегкой задачей в течение года. Уведомление, что он пишет большую книгу, показалось ему хвастливым, и он, как всегда в таких случаях, постарался тут же отшутиться. Ему вспомнились строки из Экклезиаста: «Ты видишь, я пренебрег предписанием царя Соломона: „…составлять много книг — конца не будет, и много читать утомительно для тела“». За зиму из-под его пера вышел целый том — около 400 страниц энергичного текста. Мудрено ли. что той зимой он заставил себя все остальное отодвинуть на второй план. Даже альфа-частицы.

Но, как всякий влюбленный, он думал о них беспрестанно. Думал и тогда, когда прощался в Монреале с отъезжающим Содди и составлял свою разграничительную схему дальнейших исследований. Н тогда, когда покупал у Изенталя брауншвейгский бромид. И когда встречался с Кюри. И когда выступал в Саутспорте. Именно памятным летом 1903 года, в дни его путешествия по Европе — на отдыхе! — пришли ему в голову две догадки, столь важные, что он поспешил тогда же высказать их вслух.

Одна была очень определенной и прямо звала к действию.

Другая этим достоинством не обладала, но была несравненно значительней: в ней дремало все будущее атомно-ядерной физики. И его собственное будущее. И как показало время, наше — всечеловеческое — будущее тоже.

В Уэльсе шли дожди. Они шли с осенней безнадежностью, хотя над Британскими островами стоял август. Они наводили тоску на вдову де Рензи Ньютон, на Мэри, на маленькую Эйлин. И всего больше на главу святого семейства: он без компромиссов любил летом — лето, зимою — зиму. Нелегкая понесла их после Парижа, после Швейцарии в этот Северный Уэльс с его непроизносимыми географическими названиями и климатом, менее всего пригодным для каникул. Оставалось одно избавленье: работать! И обнесенный стенами дождя в местечке Беттус-и-Коэд, профессор Резерфорд работал.

Он правил кипы гранок своей «Радио-активности» (так, через дефис, писал он это слово). Их ждало издательство Кембриджского университета: как и сам Резерфорд, оно торопилось первым выпустить в свет всеобъемлющую монографию по предмету, который теперь, после открытия превращения элементов, волновал научные круги уже во всем мире. Для поспешности была и другая причина — не приоритетная, а существенная. Каждый месяц приносил немаловажные новости. Итоги семилетнего изучения радиоактивности подводились в этой книге на ходу. И сам автор был из тех, кто развивал новую науку быстрее, чем работала типография. Оттяжки приводили бы к непрерывному и неизбежному расширению текста. Книга обещала успешную распродажу и переиздания с дополнениями. (Переиздание понадобилось уже в следующем году, и было в нем не 382 страницы, как в первом, а 558!)

Да. автор работал быстрее типографии. Пока под нескончаемо ровный метроном дождя рука Резерфорда правила огрехи в гранках, его мысль вела поиск далеко за пределами набранного текста. Однажды — было это, очевидно, 15 августа 1903 года — вымокший почтальон принес ему письма и бандероли из Лондона. Среди них последний номер «Nature», вышедший два дня назад. Он пробежал статью Рамзая и Содди. Подумал, сколько разговоров вызовет она среди ученых. Но для него, единственного, там не было ничего нового: доказывалось, что радий и эманация порождают гелий. Однако приятно было прочесть, что это поработали на Говер-стрит его заветные 30 миллиграммов изенталевского бромида.

Он уже снова склонился над графиками, как вдруг неотлучная мысль об альфа-частицах заставила его схватить чистый лист бумаги. Мысль была коротка и неотразима — удивительно, что раньше она не приходила ему на ум: «Да ведь эти атомы гелия, рождаемые радием, просто альфа-частицы!»

К вечеру он закончил двухстраничную статью для «Natuге» — краткие соображения в пользу новой идеи и возможная программа их экспериментальной проверки. Он сделал остроумный оценочный подсчет количества альфа-частиц, испускаемых граммом радия за секунду. Все нужные для этого данные были под рукой — в гранках его собственной книги. Но, впрочем, он помнил эти данные наизусть, а считать любил в уме. Получилось — 2,4·10¹¹ альфа-частиц в секунду. Весьма приблизительная величина… Однако не столько само число тут было интересно, сколько руководящая нить его расчета.

Пьер Кюри давно обнаружил: радий теплее окружающей его атмосферы. А недавно вместе с Лабордом измерил этот тепловой эффект. Резерфорд подумал: источник «лишнего» тепла — движение альфа-частиц. Они вылетают из атомов радия во всей массе препарата и легко поглощаются в его толще, передавая свою кинетическую энергию молекулам радиевой соли и повышая ее температуру. Другими словами, препарат нагревается за счет энергии движения всехальфа-частиц, излучаемых радием: можно пренебречь той их малой долей, что все-таки прорывается наружу и растрачивает свою энергию в воздухе. Скорость альфа-частиц известна — он сам дал ей приблизительную оценку. И масса известна, если верно, что они — ионы гелия. А масса и скорость — все, что нужно для определения энергии каждой частицы в отдельности… Он написал:

Такая самобомбардировка радия, вероятно, и создает большую часть тепла, которое поддерживает в препарате температуру более высокую, чем у окружающей атмосферы. Предположив в данном случае, что все тепло имеет своим источником эту непрерывную бомбардировку, можно легко оценить число альфа-частиц, испускаемых за секунду граммом радия.

Так, разделив величину теплового эффекта Кюри — Лаборда на величину энергии одной частицы, он получил число: 2,4·10¹¹. А по данным Томсона и Таунсенда, он так же легко прикинул, сколько ионов должно содержаться в кубике полностью ионизованного газа: 3,6·10¹⁹ при нормальном давлении. Теперь, взяв отношение первого числа ко второму, он узнал, какой объем гелия или «альфа-газа» должен выделяться из грамма радия за секунду: примерно шесть миллионных долей кубического миллиметра. Вот и основа для возможного эксперимента!

Он еще не знал тогда, что через пять лет, уже не в Монреале, а в Манчестере, найдет красивейший способ прямо продемонстрировать равнозначность гелия и альфа-частиц. И та его маленькая статья 1903 года сегодня интересна главным образом с психологической точки зрения. Так обычно рождались его замыслы: томление мысли приводило к внезапной догадке; пробужденное воображение тотчас отыскивало наглядную модель явления; завидная память выплескивала всю нужную количественную информацию; жажда новых результатов торопила поиск решения, и оно созревало безотлагательно…