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).

---

Почти пять лет Резерфорду приходилось довольствоваться косвенными соображениями в пользу гелиевой гипотезы. А теперь заряд альфа-частицы можно было определить чуть ли не прямым измерением! Надо было экспериментально получить два числа: суммарное количество электричества, переносимое всем альфа-излучением крупинки радия за определенное время, и количество частиц, испускаемых такой же крупинкой за тот же срок. А потом разделить первое число на второе… Задача необременительная.

Но и вправду необременительной была лишь эта последняя процедура — арифметическая. Хан, наверное, ожидал, что уже в следующем письме Резерфорд сообщит ему найденную в Манчестере величину заряда альфа-частицы. Однако время шло, а до арифметической процедуры дело все не доходило. Тремя десятилетиями позже уже стареющий профессор Берлинского университета Ганс Гейгер, вспоминая о той первой работе с Резерфордом, написал: «Было много затруднений, которых сегодня даже нельзя понять». Столкнулись тонкость экспериментальной программы и примитивность лабораторных средств. В своей статье о счете альфа-частиц они вынуждены были дать тогда целую главу — «Экспериментальные трудности». Не для того, чтобы снискать аплодисменты коллег, а для того, чтобы предупредить о возникающих сложностях всех, кто захочет повторить их измерения.

Гейгер говорил, что замысел той работы принадлежал Резерфорду. А Резерфорд утверждал, что без Гейгера он ничего бы не сделал. Оба говорили правду.

7

Очень хочется снова сказать, как повезло Резерфорду! В несчетный раз. Надо же было, чтобы в университете Виктории ему тотчас встретился такой великолепный помощник и соавтор. Но на примере Гейгера зарождается подозрение: а не делал ли сам Резерфорд столь великолепными своих помощников и соавторов?

Актеру нужна достойная роль, чтобы раскрылся его талант. И режиссерская воля, чтобы выявился максимум его возможностей. Если так, то не вернее ли, что в Манчестере повезло Гансу Гейгеру?! Он нашел для себя эпохального драматурга и эпохального режиссера. (Как всегда в таких случаях, пьеса варьировала миф о Пигмалионе.)

Он появился в Манчестере на год раньше Резерфорда. Двадцатипятилетний доктор философии из Эрлангена стал ассистентом у Артура Шустера. И никаких громких дел за минувший год не совершил. Вел вполне солидные и тихие лабораторные работы. И сам был не по возрасту вполне солиден и тих. Видимо, ему недоставало английского чувства юмора или чувства английского юмора: он единственный из манчестерских «мальчиков Резерфорда» не позволял себе даже заглазно называть шефа общепринятым «Папа».

…Юмористический повод послужил катализатором для возникновения этого прозвища, хоть и фамильярного, но искреннейше-почтительного. Физики не пропускали новых программ в старом манчестерском мюзик-холле. И очень смеялись, когда популярные актеры Формби и Тэйт однажды показали скетч на модную тему — «Езда на автомобиле». Там, в веселой перепалке автомобилистов, отца и сына, промелькнула шутка, названная Андраде «научной».

— Я знаю, почему твои колеса не желают вертеться, папа…

— Ну, почему, мой мальчик, почему?

— Да потому что им полагается иметь два-пи-эр, а у твоих — четыре-пи-эр…

Конечно, это было смешно придумано. Неважно, что многим зрителям, забывшим школьные премудрости геометрии, приходилось спрашивать у соседей: «А что тут смешного?» Физикам не приходилось… Они стали называть Резерфорда Папой: все в нем самом и все, связанное с ним, было сверхобычным, словно и впрямь посягающим даже на законы математики и требующим для полноты своего описания не два-пи-эр, а четыре… А колеса его при этом вертелись — да еще как!

Однако Гансу Гейгеру чудился в этом прозвище, по свидетельству Гарольда Робинзона, недостаток уважительности. («Если он так думал, то ошибался», — излишне пояснил Робинзон.) Вместо «Папа» Гейгер придумал для шефа свое прозвище — «Проф». И можно поручиться, что он еще внутренне содрогался от собственной отваги: для его немецкой дисциплинированности это было подвигом — уступить вольному духу резерфордовского клана половину должной почтительности к шефу! Но с немецкой точностью уступил он ровно половину.

Был он величайшим аккуратистом. И редким знатоком лабораторного инструментария. И воплощенным долготерпением. И сверх того — прекрасно образованным физиком. И конечно, этих добродетелей вполне достало бы, чтобы попасть когда-нибудь в рай. Но бури в науке поднимают грешники, повинные в непослушании…

Резерфорд превратил Гейгера в грешника. Он соблазнил его ролью, какую тот едва ли рискнул бы взять на себя сам. И потому, вспоминая через тридцать лет, как начиналось открытие структуры атома, Ганс Гейгер написал в своих мемориальных заметках о Резерфорде:

Никто из нас, молодых людей, работавших в лаборатории, не знавал его прежде, но теперь, когда он появился здесь, мы достаточно быстро почувствовали, что идем навстречу великим временам.

Признание, которому можно, безусловно, поверить, ибо Гейгер был из тех, кто не умеет восторженно преувеличивать.

Но что он, собственно, хотел сказать? Неужели и вправду, занимаясь всего лишь успешным счетом альфа-частиц, можно было уже почувствовать, что наступают великие времена, то есть эпоха расшифровки атомной структуры?

Ганс Гейгер думал о другом — об окрыляющей атмосфере подъема, какая воцарилась в лаборатории с приходом нового шефа. Нечаянно он объяснил секрет возвышающего влияния Резерфорда. Отчего так популярен рассказ о французе, повелевшем слуге будить его каждое утро словами: «Вставайте, граф, вам предстоят великие дела!»? Впечатляет энергия оптимизма. И откровенность веры в свою предназначенность. Покоряет стремление поддерживать эту веру негаснущей.

Резерфорд был ежеутренним слугой оптимизма у себя и своих мальчиков.

Гансу Гейгеру следовало добавить фразу: «И мы, молодые люди, быстро почувствовали, что становимся иными, чем были прежде».

8

Итак, решалась проблема № 21. До самой весны 1908 года Резерфорд и Гейгер боролись с экспериментальными трудностями, «которых сегодня нельзя даже понять». Зато, когда летом дело дошло, наконец, до арифметических процедур, они смогли уверенно заявить: величина заряда альфа-частицы равна 9,3·10-10 электростатических единиц.

9,3… — это было интересное число. Ожидавшееся и неожиданное. Ожидавшееся — потому что оно подтверждало гелиевую гипотезу: да, альфа-частицы — это ионы с удвоенным водородным зарядом — 2e. И неожиданное — потому что оно заставляло признать слишком малыми все предшествовавшие оценки самой величины «e».

Таких оценок существовало уже довольно много, ибо речь шла о значении фундаментальной физической константы нашего мира — о величине элементарного электрического заряда! Как скорость света «c» или постоянную Планка «h», ее нужно было знать со всею доступной точностью. (Надо ли напоминать, что «e» у иона водорода по абсолютному значению то же, что у электрона, но только у водородного иона «+e», а у электрона «-е».) С того самого времени, когда электрон был достоверно открыт в Кавендишевской лаборатории, разные исследователи на разные лады многократно измеряли эту величину. Все получали для «e» десятимиллиардные доли электростатической единицы заряда (10-10), однако число таких долей у всех было разным:

у Таунсенда — 3,0·10-10 (1898 и 1904);

у Дж. Дж. Томсона — 3,4… (1903);

у Г. Вильсона — 3,1… (1903);

у Р. Милликена — 4,06… (февраль 1908);

у Б. Болтвуда — 4,1… (июль 1908).

Ни одно из этих чисел не могло обрадовать Резерфорда и Гейгера. Сравнивая с ними свое 9,3 для альфа-частицы, что они должны были подумать?

Неужели правы были Таунсенд, Томсон, Вильсон и «e» равно примерно 3,0·10-10? Тогда число 9,3 показывает, что альфа-частица несет не два, а три элементарных заряда. Но если у альфа-частицы утроенный водородный заряд (3e), то она обладает ушестеренной водородной массой (6m). Этого требует надежно установленное отношение заряда к массе для альфа-частицы. И стало быть, она вовсе не ион гелия, чей атомный вес равен 4m. А если так, то и энергия ее движения в полтора раза больше предполагавшейся. И следовательно, прежние расчеты теплового эффекта радия становятся несостоятельными. Словом, хорошего мало…

Числа Милликена и Болтвуда были утешительней. Все-таки «e» у них равнялось примерно 4,0·10-10, и вариант тройной заряженности альфа-частицы отпадал сразу: 3·4=12 — неправдоподобно много по сравнению с найденным числом 9,3. Но до благополучия и тут было далеко: двойная заряженность должна была бы, по Милликену, выразиться цифрами 8,12, а по Болтвуду — 8,2. Расхождение с величиной 9,3 снова оказывалось слишком грубым. Правда, не настолько, чтобы усомниться в гелиевой гипотезе, но достаточно грубым, чтобы не считать ее корректно подтвержденной.