Валентин Азерников - Неслучайные случайности

• Название: Неслучайные случайности
• Автор: Валентин Азерников
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1972

Рассказы о великих открытиях и выдающихся учёных.

Из этой книги вы узнаете: о законе плавающих тел; о законе всемирного тяготения; о гальваническом электричестве; о электролизе; о электромагнетизме; о термоэлектричестве; о рентгеновских лучах; о радиоактивности; о электромагнитных волнах; о строении атома; о камере Вильсона; о интерференции рентгеновских лучей; о цепных разветвлённых реакциях и многих других открытиях.

А также узнаете о жизни Архимеда, Исаака Ньютона, Луиджи Гальвани, Алессандро Вольте, Хэмфри Дэви, Вильгельма Рентгена и других учёных, сделавших эти открытия.

---

Собственно, само открытие произошло на месяц раньше, а родилось оно — в голове Вильсона — еще раньше, в конце 1910 года. Об этом можно судить довольно точно, так как Чарльз вел записные книжки, и вот в одной из них, относящейся к 1910 году, есть заметка, датированная 24 декабря. Она имеет заголовок, что свидетельствует о серьезности, с какой хозяин книжки относился к своим записям. Так вот, заголовок ничего особенного еще не сообщает далеким потомкам, нам, то бишь получившим возможность заглянуть в тайны творчества благодаря любезности жены Вильсона, которая недавно подарила пятьдесят две записные книжки мужа библиотеке Королевского общества. Пятьдесят две книжки за сорок пять лет — примерно по одной в год, хотя важна тут не голая арифметика, а прямо-таки непостижимая тщательность, с какой Вильсон фиксирует все, что происходило в его научной жизни, — от робких идей до окончательных выводов. И вот среди прочих записей, относящихся к первой категории — к робким идеям, мы и находим ту, сделанную 24 декабря, замаскированную невинным заголовком «Современное состояние работ в области расширительных камер» и содержащую поистине революционную для физики мысль о возможности видеть атомные частицы.

Вот эта мысль: «Если предположить, что удастся преодолеть трудности фотографирования, то можно будет увидеть след альфа-частиц, который должен включать в себя центральный стержень из капель, образовавшихся на положительно заряженных ионах, и окружающее этот стержень более рассеянное облачко из капель, образовавшихся на отрицательных ионах».

Почему же запись появилась именно тогда — не раньше и не позже? Что это, игра случая или какая-то закономерность — переход количества в качество, когда сумма долгих раздумий, наблюдений, опытов выливается в конечном счете в новую идею? По-видимому, второе утверждение более справедливо. Хотя на него легко возразить; что способность ионов быть центрами конденсации Вильсон обнаружил еще в 1896 году, — что же мешало ему сразу сделать столь нужное науке предположение? Многое мешало. Я оставляю в стороне даже его собственную медлительность, хотя это непременно следует учитывать; в конце концов, каждый из нас таков, каков он есть, и не стоит человека, имеющего рост 165 сантиметров, упрекать в том, что он недостаточно хорошо играет в баскетбол. Вспомним лучше состояние вопроса — давало оно повод к подобным смелым попыткам? Вначале, конечно же, нет. Ведь когда Резерфорд открыл альфа — и бета-лучи, он не знал сначала, что они из себя представляют. Только в 1909 году он твердо доказал, что альфа-частицы — ионизованный атом гелия. А когда стало ясно окончательно, что атом делим? Примерно в то же время, чуть раньше. Но как же мог Вильсон размышлять об атомных частицах, если их существование еще не было доказано? Естественно, что его первые раздумья на этот счет относятся к тому же времени; раньше проблема еще не созрела не только для решения, но даже для постановки. Не Вильсон не созрел — проблема.

Зато как только он узнал об открытии своего друга Эрнеста, доказавшего существование атомных частиц, не видя их непосредственно, вот с этого момента, мне кажется, Вильсон начинает задумываться над тем, как увидеть то, что никто еще не видел.

Это было, конечно, раньше, чем появилась та знаменитая запись; но он просто не мог записать то, что еще не оформилось окончательно в его сознании. И потом, он не знал главного: а удастся ли вообще сфотографировать след частицы, даже если она и вызывает конденсацию влаги?

Поэтому дальше пошло скучное дело — поиски новой конструкции камеры, где можно было бы видеть конденсацию, и освещать ее как-то, и приладить фотоаппарат. И поскольку Вильсон все делал сам, своими руками, нетрудно представить, сколько на все нужно было времени.

Наконец не выдержал уже сам Чарльз. Больше он просто не мог ждать. И хотя конструкция камеры еще не была доведена до приемлемого состояния, он решил попробовать: а вообще получится ли хоть что-нибудь? Потом он сам признался, что поначалу мало рассчитывал на успех.

И настало утро 18 марта, когда педантичный Вильсон в первый раз, кажется, махнул рукой на свою педантичность и решился поставить опыт на аппаратуре, не доведенной до кондиции. То ли весна на него подействовала, как тогда, в 1895-м, когда он бросил школу, то ли любопытство подстегивало, но он решился. Набрал в камеру влажный воздух, поставил рядом рентгеновскую трубку, приладил яркую лампу и — будь что будет! — начал опыт. В конце дня в дневнике появляется запись: «Облака прерывистые, состоящие из множества отдельных клубков». Значит — правда, значит — можно их видеть, эти невидимки. Он ликует в душе, а рука, годами приученная к осторожности, сама выводит сухую фразу: «Не являются ли эти клубки следами лучей?»

Интересно, а чем они еще могут являться? Я думаю, Вильсон сам уже прекрасно понял, что гряды микрооблаков у него в камере — следы быстрых электронов, рожденных рентгеновским излучением. Но признаться в своем неописуемом восторге по поводу этого события он в тот день не мог. И только спустя много лет, вспоминая 18 марта, произнесет столь необычные для него слова: «Я пришел в неописуемый восторг». А тогда, в 1911-м, он заставил себя быстро выйти из несвойственного ему состояния и заняться усовершенствованием опыта, сулившего небывалые перспективы.

20 марта 1911 года, 48 часов спустя. Новая запись, и вновь без каких-либо следов восторга: «Лучи можно различать значительно яснее. Они стали исключительно отчетливыми… Смотрел сверху. Наблюдаются отдельные лучи, во многих случаях в виде чрезвычайно тонких линий, особенно четких там, где они расходятся от места расположения источника».

В тот же день, позже, он решил попробовать сфотографировать следы. Не потому, что думал, будто ему не поверят и потребуют доказательств, хотя и предполагал такую ситуацию; просто понимал, что фиксация следа частиц открывает новые возможности для их исследования.

Фотографии получились поначалу не очень качественными, но получились. Получились! След частицы обрел материальное воплощение, он выглядел уже не как химерические россыпи капелек, увиденные на короткое время напряженным и усталым глазом, а как документ, как паспорт частицы.

Дальше дни неслись как в тумане, словно сам Чарльз оказался запертым в душной камере. Он ставил опыт за опытом, пытаясь найти способ улучшить фотографию, сделать след более отчетливым. Наконец он понял, в чем дело: электроны, рождаемые рентгеновскими лучами, слишком малы и слишком: быстры; он вспомнил свои прежние опыты с ураном — вот что ему нужно сейчас: тяжелая, сильно заряженная альфа-частица, способная пролететь в воздухе семь-восемь сантиметров, разбивающая вдребезги на ионы и электроны полмиллиона атомов, попадающихся на ее пути; вот кто должен оставить четкий автограф в туманной камере. И Вильсон взял тонкую иглу, поместил на ее кончик крупицу радия и ввел в свою камеру. И тотчас же ионы обволоклись капельками влаги, через мгновение, через считанные доли секунды капельки стремительно набухли до видимых размеров, и в окошке камеры возник веер четких следов; и это тот миг, когда Вильсон смог наконец сказать словами Гёте: «Остановись, мгновенье, ты прекрасно». Оно и в самом деле было прекрасно: тысячи белых лучей протянулись от кончика иглы, словно от маяка в тумане. И так же как маяк в непогоду и ночью указывает кораблям правильный путь, так и следы атомных частиц указали ученому путь, по которому должна была пойти его дальнейшая работа.

После нескольких дней мучений со светом, фотоаппаратом, фотопластинками были получены четкие фотографии следов альфа-частиц, которые можно было обнародовать. Вильсон, торопясь, набрасывает короткую заметку, прикладывает к ней две наиболее удачные фотографии, одну — полученную с помощью рентгеновских лучей, другую — с помощью радиоактивного излучения, и отсылает пакет в «Труды Королевского общества».

Он прекрасно понимает, какое впечатление произведет его сообщение, особенно фотографии, и поэтому не свертывает работу в ожидании поздравлений; наоборот, он знает, сколько вопросов посыплется от коллег. Он позволил им заглянуть в невидимый мир, о существовании которого они знали, но который никто не видел. Поэтому он торопится усовершенствовать систему, добиться лучшего качества снимков, составляет подробное объяснение открытого им явления. Он не мог при этом воспользоваться прекрасным примером, которым пользуются сегодня физики, объясняя принцип работы камеры Вильсона, — примером с реактивным самолетом, летящим так высоко, что его самого не видно, но виден белый туманный шлейф, оставленный им в стратосфере: капельки влаги, сконденсировавшиеся на продуктах сгорания топлива. Он описывает свою камеру в иных, менее образных выражениях; он делает снимок за снимком, пытаясь поймать альфа-частицу в разные моменты ее короткой жизни, в разных ракурсах. Он отбирает девятнадцать самых лучших фотографий, составляет подробнейшую схему самой камеры, описывает во всех деталях методику получения частиц и их фотографирования и только тогда, отправив все это в печать, немного переводит дух. Теперь он сделал главное: он дал возможность каждому физику самому построить такую же камеру и получить такие же снимки, а также любые другие, какие понадобятся.