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).

---

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.

Конечно, у Резерфорда и Гейгера был простейший выход: взглянуть друг на друга с досадой и признать, что электрический метод счета альфа-частиц ввел их в обман. Но они слишком заботливо вынашивали свое детище, чтобы осудить его так легко. Само число 9,3·10-10 появилось в их расчетах после того, как они критически взвесили вероятные ошибки измерений. Оно заслуживало доверия.

Оно, безусловно, заслуживало доверия. И потому оставался еще один выход: объявить не заслуживающими доверия все предшествовавшие оценки «e». Резерфорд и Гейгер подвергли анализу условия экспериментов, в которых эти оценки были получены, и установили: ошибки опытов у их предшественников могли достигать 15–30 процентов, если не больше! Это спасало положение. Это позволяло не сравнивать 9,3 с чужими данными для «e», а напротив — дать свою собственную оценку величины элементарного заряда. Так, решая уравненьице 2e = 9,3…, они проделали последнюю арифметическую процедуру и провозгласили:

e = 4,65·10-10

Может быть, все это не заслуживало бы такого подробного рассказа, если б не одно знаменательное обстоятельство.

Резерфорд сообщил этот результат Иву в частном письме еще до того, как уселся с Гейгером за отчетную статью для «Трудов Королевского общества». Ив без колебаний послал своему недавнему шефу протестующий ответ. Он отказывался признать достоверной оценку, превышавшую общепринятую — томсоновскую — на 36 процентов! «…Этот результат должен оказаться ошибочным». Однако обнаружилось, что у Резерфорда была в запасе довольно неожиданная теоретическая защита числа 4,65. Она опиралась на побочное следствие квантовой гипотезы Макса Планка. И в новом письме к Иву Резерфорд сослался на Планка. Но существенней, что эта ссылка не осталась случайным упоминанием, надолго похороненным в частной переписке Резерфорда.

Вместе со статьей об электрическом методе счета альфа-частиц редакция «Трудов Королевского общества» получила 17 июля 1908 года другую статью Резерфорда и Гейгера — «Заряд и природа альфа-частицы». Там была короткая сноска:

Интересно отметить, что из общей оптической теории естественной тепловой радиации Планк вывел оценку — e = 4,69·10-10 электростатических единиц.

«Интересно отметить…» — это было сказано с должной академической сдержанностью. Между тем совпадение чисел 4,65 и 4,69 выглядело удивительно. А самое интересное заключалось в том, что планковская оценка «e» была известна уже в течение восьми лет — с 1900 года, да только никто не принимал ее всерьез. Она ведь тоже почти на 40 процентов расходилась с томсоновской. И сама квантовая гипотеза еще представлялась многим физикам тех лет крайне невероятной. А потому и число 4,69 было в их глазах скорее уликой против Планка, чем аргументом в его пользу.

Среди англичан было не меньше скептиков, чем среди физиков континента. В 1955 году Макс Борн говорил в Берлине: «…Сколько мне помнится, в Геттингене я ничего не слышал о квантах; не слыхал я о них и в Кембридже, где весной и летом 1906 года слушал лекции Дж. Дж. Томсона и Лармора и проходил экспериментальный курс в Кавендишевской лаборатории».

Не принадлежал ли до 1908 года к разряду скептиков и Резерфорд? Ответить на это трудно. Но так или иначе, а за годы Монреаля он ни в письмах, ни в статьях, кажется, ни разу даже словом не обмолвился о Планке и о квантах. Правда, «умозаключать от молчания» рискованно. Тем более рискованно, что в монреальские годы квантовые идеи Планка, а потом и Эйнштейна ничем не могли бы облегчить ему проникновение в суть радиоактивности. Любое участие в дискуссии о квантах было бы для него в ту пору выступлением «не по специальности». Предаваться же общим рассуждениям о возможном устройстве природы он не слишком любил. Словом, истолковать тогдашнее молчание Резерфорда можно по-разному: и как результат недоверия и как выражение осторожности. Но враждебного неприятия новых идей тут не было наверняка — у такого человека, как Резерфорд, оно бы неминуемо прорвалось, и не раз!

Теперь же, в 1908 году, он был впервые и совершенно непреднамеренно поставлен лицом к лицу с гипотезой квантов. Вдруг она предложила ему свой благой союз по частному, но важному поводу. Она, единственная, сказала ему, что он прав. И сказала это на языке цифр. И если был в нем скептицизм, он развеялся. Если была осторожность, он ее отбросил. И тотчас кончилось молчание.

Но не только для него одного имело важные последствия удивительное совпадение двух чисел — 4,65 и 4,69… Эрнст Марсден заметил: «…это заставило физиков-классиков в Англии с большей симпатией отнестись к квантовым идеям Планка».

Как многое в жизни Резерфорда, его тогдашнее обращение в квантовую веру произошло на редкость вовремя: до создания планетарной модели атома оставались считанные годы — следовало заранее быть готовым к вторжению неклассических представлений теории квантов в сферу теоретических размышлений об устройстве атомных миров. К этому следовало быть готовым прежде всего психологически. Нильс Бор еще только оканчивал Копенгагенский университет и еще не помышлял о поездке в Манчестер, когда Резерфорд уже прошел эту подготовку.

…Так решение проблемы, записанной под № 21, сразу дало нечто большее, чем просто уменье считать альфа-частицы. Но главное лежало впереди. И зависело оно, это главное, все-таки — и прежде всего! — от простого уменья пересчитывать по пальцам «веселых малышей».

9

А почему, собственно, столько усилий было потрачено Резерфордом на поиски именно электрического метода счета альфа-частиц? Разве не он еще в 1903 году на Саутспортском конгрессе Би-Эй привлек внимание коллег к серьезным событиям, происходящим в спинтарископе Крукса? Разве не он сказал тогда, что световые вспышки — сцинцилляции — на экране спинтарископа сигнализируют об актах единичных столкновений альфа-частиц с атомами вещества экрана? Какая счастливая возможность: воочию наблюдать такие атомные сигналы и по ним прямо считать альфа-частицы!

Конечно же, Резерфорд не мог не задумываться над этой возможностью десятки раз. Но его одолевали сомнения. Откуда было взяться уверенности, что каждая альфа-частица вызывает вспышку? А что, если иные из них дают осечку и поглощаются веществом экрана без сцинцилляции? Логика выдвигала и другие возражения. Механизм происходящего был неизвестен. Утверждать, как говорят математики, существование взаимнооднозначного соответствия между множеством вспышек и множеством падающих на экран частиц не взялся бы никто. И потому этот соблазнительный способ счета не выглядел перспективным.

Так думал Резерфорд и в 1903 году и в начале 1908-го… Даже в начале 1908-го, когда по его срочному требованию ему уже положили на стол свежий выпуск журнала Немецкого физического общества со статьей Э. Регенера о методе счета альфа-сцинцилляций.

Не случайно узнал он об этой статье. Был февраль. Только что пришел из Берлина ответ Хана на его январское письмо. Словно в подтверждение Резерфордова прогноза, — «Вы-то сумеете по достоинству оценить важность счета альфа-частиц», — Отто Хан и сообщил в Манчестер об успехе Регенера. Успех пока был чисто технический, но очень обнадеживающий: немецкий исследователь научился тонко и четко регистрировать сцинцилляции.

Пожалуй, впервые в жизни Резерфорд должен был сознаться самому себе, что оплошал: позволил элементарным логическим сомнениям одержать верх над интуицией! Он ведь даже не попытался превратить игрушку Крукса в настоящий измерительный прибор. А некий Регенер в Германии сделал это. Сделал и показал, что сцинцилляционный метод счета достоин внимания. Резерфорд услышал скрип чужих уключин не позади, а впереди себя…

Через три года он снова был поставлен перед неосознанным выбором: внять ли предостережениям логики или довериться зову интуиции, не умеющей объяснять причин своего оптимизма. И случилось это уже не по второстепенному, а по грандиозному поводу. И если бы он снова оплошал, планетарная модель атома — по логике классических представлений совершенно несостоятельная! — тоже родилась бы не в Манчестере и отцом ее оказался бы другой — менее рассудительный — гений. Но если бы маленькая регенеровская история вообще была «в духе Резерфорда», не было бы Резерфорда. Она тем и любопытна, что для него не тривиальна.