Даниил Данин - Резерфорд

• Название: Резерфорд
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1966

Книга Д.Данина посвящена величайшему физику-экспериментатору двадцатого столетия Эрнесту Резерфорду (1871–1937).

---

Резерфорд внушал: вся беда в редкости этих актов. В среднем на 100 тысяч альфа-частиц лишь одна «хорошо попадает» в азотный атом. И следовательно, надо было сфотографировать примерно 100 тысяч альфа-треков, чтобы наткнуться на одну вилку! А один снимок содержал не больше 20 треков. Требовалось создать быстродействующую туманную камеру и автоматизировать ее работу.

Патрику Блэккету это постепенно удалось. Он научился получать около 1000 фотографий в день. Его камера срабатывала каждые 15 секунд. И среди 400 тысяч треков, снятых на протяжении 1924 года, он обнаружил шесть вилок! А после аккуратного обмера и обсчета этих вилок однозначно показал: азотное ядро, теряя протон, но приобретая альфа-частицу, превращается в ядро кислорода — ядро изотопа О17.

В том и состоял блистательный успех Влэккета, что он впервые доказательно раскрыл незримый ход искусственной ядерной реакции, с которой начался в 19-м году век «Современной алхимии»: азот плюс гелий дают кислород плюс водород. В химических символах, осложненных указанием атомного веса (наверху) и заряда ядра (внизу), эта реакция выглядела так:

[24]

Не для одних студентов, но и для ученейших земляков сэра Эрнста, даже для Марсдена, встречавшего его в Окленде, были поражающей новостью рассказы о блэккетовских опытах. Да и в Лондоне Резерфорд впервые объявил о них с кафедры Королевского института лишь месяца за два до своего отъезда в Антиподы. И всюду производили сильное впечатление 400 тысяч сфотографированных альфа-треков и автоматизация физического эксперимента. Чувствовалось подспудно, что проникновение в атомные недра будет требовать все более высокой лабораторной техники.

А Резерфорд, точно нарочно усиливая эту тему, рассказывал еще и о последних достижениях Петра Капицы. В этих рассказах совсем уж отчетливо пробивалось предчувствие новых времен в экспериментальном изучении микромира. С искренним изумлением и с оттенком отцовско-наставнической похвальбы (вот каковы мои кавендишевцы!) говорил он о серьезном намерении Капицы поработать с магнитными полями порядка 1 миллиона гаусс. Это звучало фантастически, потому что создание магнитных полей даже в 50 раз менее сильных было тогда нелегкой технической задачей.

Для того чтобы внутри катушки соленоида возникало мощное магнитное поле, требовались мощные электрические токи. Получить их было непросто. И дорого. А при длительном их пропускании через катушку грозили бедой опасные перегревы. На что же рассчитывал Капица?

Ответ был покоряюще прост: для атомных экспериментов вполне достаточны мгновенные поля в небольших пространственных объемах. На полет через камеру Вильсона альфа-частице с лихвой хватает миллионной доли секунды. И любому внутриатомному процессу, чтобы начаться и кончиться, ничтожных долей секунды более чем довольно. И стало быть, магнитному полю, дабы оказать свое влияние на ход таких процессов, не нужно долго жить. Создавать чудовищные поля на мгновенья — вот в чем заключался замысел Капицы.

А как? Тут начиналась инженерия. И вмешивался в дело риск. И появлялась нужда в затратах, каких не знавала прежде «веревочно-сургучная» лаборатория.

Разумеется, о последнем Резерфорд не рассказывал заокеанским слушателям. Зато о риске говорил охотно. И с полным доверием к инженерно-физическим решениям Капицы.

Суть их становилась впечатляюще зримой, едва произносились слова — «короткое замыкание». Обычно это техническая неприятность, если не катастрофа. Вся громада энергии, рассчитанной на постепенную трату в длинной череде потребителей тока, вдруг обрушивается на ограниченный участок цепи. Возникают недопустимые перегрузки. Выходят из строя агрегаты. Горят предохранители. (И это лучший исход!) Но при помощи такого рода катастроф Капица и решил создавать сильные магнитные поля. Генератор тока, развивавший большую мощность — она в три раза превышала мощность тогдашней Кембриджской городской электростанции, — должен был в моменты коротких замыканий сполна отдавать всю свою энергию маленькой катушке, расположенной в отдаленье. Одной маленькой катушке!

А располагать ее в отдаленье надо было обязательно. В момент замыкания резко, совсем как налетевший на стену автомобиль, тормозился разогнанный до огромной скорости ротор динамо-машины. Кинетическая энергия его вращения и преобразовывалась в энергию магнитного поля. Но не сполна, а с неизбежными потерями. И очень ощутимыми. От этих потерь дрожал фундамент. Сотрясались стены. Звенели стекла. (И то был лучший исход!) Маленькую медную катушку надо было оградить от волн этих механических деформаций — по крайней мере на время существования в ней запланированного магнитного поля: на те сотые доли секунды, пока длилась сама катастрофа и шел затеянный физический эксперимент. Деформации бегут со скоростью звука: сотая секунды — несколько метров. Нетрудно было рассчитать, как далеко следовало уносить катушку. В общем, Капице и впрямь нельзя было обойтись малыми средствами и скромными помещениями.

Рассказывая обо всем этом завороженно слушающей аудитории, Резерфорд добавлял, что, возможно, как раз в эти-то минуты и проводится в Кавендише очередной рискованный эксперимент. И на обратном пути из Антиподов домой, когда перед рождеством он задержался на четыре дня в Египте, чтобы увидеть пирамиды и сфинксов, его настигло письмо от Капицы, которое было как сон в руку:

Кембридж, 17 декабря 1925

Я пишу вам это письмо в Каир, дабы рассказать, что мы уже сумели получить поля, превышающие 270 000 в цилиндрическом объеме диаметром 1 сантиметр и высотою 4,5 сантиметра. Мы не смогли пойти дальше, так как разорвалась катушка и это произошло с оглушительным грохотом, который, несомненно, доставил бы вам массу удовольствия, если бы вы слышали его… Но результатом взрыва был только шум, поскольку, кроме катушки, никакая аппаратура не претерпела разрушений. Катушка же не была усилена внешним ободом, каковой мы теперь намереваемся сделать.

…Я очень счастлив, что в общем все прошло хорошо, и отныне вы сможете с уверенностью считать, что 98 процентов денег были потрачены не впустую и все работает исправно.

Авария явилась наиболее интересной частью эксперимента и окончательно укрепляет веру в успех, ибо теперь мы точно знаем, что происходит, когда разрывается катушка. Мы также знаем теперь, как выглядит дуга в 13 000 ампер. Очевидно, тут вообще нет ничего пагубного для аппаратуры и даже для экспериментатора, если он держится на достаточном расстоянии.

Со страшным нетерпением жажду увидеть вас снова в лаборатории, чтобы в мельчайших деталях, иные из которых забавны, рассказать вам об этой схватке с машинами…

Схватка с машинами!

Это прозвучало неожиданно и сильно. Такие баталии были тогда совершеннейшей новостью в технике атомно-ядерного эксперимента. А сердце Резерфорда не могло не радоваться этой новизне.

Есть все основания утверждать, что из первых же алхимических опытов с альфа-частицами он осознал: для последовательной атаки атомного ядра понадобятся громадные энергии. Раньше или позже — обязательно понадобятся. И он понимал: только высокая инженерия сможет со временем дать их атомной физике. Так не потому ли с первых самостоятельных шагов инженера-физика Капицы он выделил его из ряда вон, что, кроме стремительно-отважного исследовательского дара, угадал в повадках и замыслах петроградца еще кое-что существенно важное для будущего? Не почуял ли он в такого рода циклопических замашках предвестье грядущей поры индустриальнотехнического переоснащенья всей экспериментальной базы физики микромира?

Не имеет значенья, что впоследствии сам Капица не занимался ни ускорителями, ни реакторами, ни атомно-водородными бомбами — этими гигантозаврами ядерного века, — а то существенно, что в первую Схватку с Машинами вступил в резерфордовской лаборатории он!

8

В Кембриджском фольклоре сохранилась история, заключившая в выразительную рамку тогдашнюю поездку сэра Эрнста в родные края. Сидя за послеобеденным портвейном в профессорской Тринити-колледжа и припоминая занятные подробности недавнего путешествия, он однажды — было это уже в январе 26-го года — рассказал коллегам:

Прежде чем покинуть Кембридж, я пошел повидать моего старого друга Си-Ти-Ара, чтобы сказать ему good bye. Он медленно полировал вручную большую соединительную муфту из матового стекла, и я оставил его за этим занятием.

…Все хорошее когда-нибудь приходит к концу, и мы вернулись назад, в Кембридж. Первое, что сделал я после многомесячного отсутствия, это отправился навестить моего старого друга Си-Ти-Ара. Я застал его за полировкой все той же большой соединительной муфты из матового стекла.

Не раз приводилась эта притча для характеристики «туманного Вильсона». Но при взгляде издалека — с точки зрения истории — чудится в ней что-то символическое и для всей жизни Кавендиша в те дни, недели и месяцы 1925–1926 годов.