Страница:
Открытие Герца, взволновавшее всех физиков, произошло сравнительно недавно, в 1887 году, и сравнительно случайно. И это обстоятельство — кажущийся случайный его характер — дает мне повод ненадолго отвлечься от основной нити повествования и рассказать о том, как это произошло. Данная история имеет отношение не только к теме нашей книги, но и к самому Резерфорду, который весьма преуспел в практическом развитии достижений Герца, и если бы знаменитый Дж. Дж. Томсон не соблазнил в 1896 году своего юного ученика Резерфорда заняться лучами Рентгена, то неизвестно еще, каких высот достиг бы Эрнест в создании современной радиотехники. Во всяком случае, сам Томсон как-то признался, что успехи Резерфорда по радиотелеграфии «были так велики, что я с тех пор чувствовал себя виноватым в том, что убедил его посвятить себя новой области физики, возникшей после открытия рентгеновских лучей».
Но Томсону не пришлось бы сожалеть о содеянном, если бы Резерфорд еще студентом не прочел статью об открытии электромагнитного излучения, и тут мы снова возвращаемся к Генриху Герцу.
В тот год, когда Герц сделал свое главное открытие — у него есть и другие замечательные работы, — ему шел тридцатый год. До этого момента жизнь его складывалась, как он считал, не совсем удачно, хотя внешне все выглядело весьма благопристойно. Он был сыном преуспевающего адвоката из Гамбурга, родители его очень любили, и он их очень любил. С детства, как и Резерфорд, он обнаружил необычную склонность к математике, а также и к языкам. Кроме того, Генрих прекрасно рисовал, лепил, был искусен в работах по дереву и металлу, вообще имел, как говорят, золотые руки. Его увлечение классической литературой и искусством сказалось, кстати, позже в манере писать научные статьи; недаром их считают образцовыми по языку — они ясны и точны в научном аспекте и вместе с тем изысканны по форме.
Несмотря на явные способности, Генрих был чрезмерно скромен в их оценке, считал себя ни на что путное в науке не годным и решил поэтому после окончания средней школы идти учиться на инженера-строителя; почему-то ему казалось, что для этой профессии его таланта хватит. Но вскоре, к счастью, поняв, что заблуждается в своем призвании, решил заняться математикой и естественными науками.
В 1880 году Герц окончил университет с отличием и три года проработал в Физическом институте при университете под руководством такого выдающегося учителя, как Герман Гельмгольц.
В 1883 году Герца пригласили доцентом в университет города Киля. И вот здесь и начались его нравственные мучения. По долгу службы он должен был читать курс теоретической физики, но не чувствовал в себе склонности к теории. Его влекла экспериментаторская деятельность, но ею по долгу службы он заниматься не мог.
Внутренняя неуверенность сказалась на научной работе: за два года он выполнил и опубликовал всего несколько случайных теоретических работ.
Но, к счастью для него и для физики, случилось так, что освободилась вакансия ординарного профессора в Высшей технической школе в Карлсруэ, и Герц получил приглашение занять эту должность. И вот там наконец он почувствовал себя в своей тарелке — у него была собственная экспериментальная лаборатория. Правда, ему все же приходилось читать лекции и демонстрировать опыты, и он даже по старой боязни назвал их как-то «страхо-лекциями» и всегда боялся, что демонстрация какого-нибудь явления непременно сорвется и опозорит профессора.
Но когда он приходил в лабораторию, он был счастлив; здесь он мог позволить себе свободу творчества, здесь он занимался тем, что его в данный момент интересовало более всего.
А интересовали его более всего быстрые электрические колебания. То, что удавалось тогда получить даже при самых невероятных ухищрениях, не было достаточно быстрым, и никто даже не знал, можно ли вообще достичь, скажем, ста миллионов колебаний в секунду — той частоты, что сегодня используется в каждом радиопередатчике. И вот здесь Герцу и пришел на помощь случай.
У него на столе стоял виток проволоки, имевший маленький искровой промежуток. Разряжая лейденскую банку, Герц вызывал в нем проскок искры и тем самым получал желанные электрические колебания. Как-то раз рядом с этим контуром случайно был оставлен второй виток, никак с ним не связанный. И вот, разряжая лейденскую банку через один виток. Герц вдруг с изумлением увидел, что искры проскакивают и на втором контуре. Вначале Герц посчитал это каким-то случайным явлением, но вскоре, повторив его не один раз и на разных проводниках, он понял, что открыл электрические волны. Тогда он еще не понял, правда, что только что держал в руках первый передатчик электрических колебаний и первый их приемник и что через некоторое время из его открытия вырастет целая огромная область техники — радиотехника, а потом и телевидение.
Но Герц оказался внимательным, настойчивым и проницательным исследователем и вскоре смог понять, что к чему. Он сумел определить длину образующейся волны и ее скорость в воздухе; он обнаружил, что настройка передатчика и приемника улучшает прием; он открыл факт затухания колебаний — то есть он заложил фундамент современной радиотехники.
После этого, всего за год с небольшим, он опубликовал еще две работы, относящиеся к этой же области, а вслед за ними и четвертую статью, которая произвела большое впечатление на многих, и в том числе на Резерфорда. В ней Герц существенно видоизменил опыт, приблизив условия приема электромагнитных волн к практическим требованиям еще не родившейся области техники: ученый поставил приемник и передатчик в разных концах конференц-зала института на расстоянии 15 метров один от другого, и передатчик, стоящий у одной стены, посылал волны в зал, а приемник, стоящий у другой стены, обитой предварительно листами цинка, которому отводилась роль зеркала, принимал эти волны. И по усилению и ослаблению приема в разных местах зала Герц ясно доказал, что электромагнитные колебания имеют волновую природу.
Словом, из случайного наблюдения Генрих Герц вывел целую новую главу физики, которая послужила отправной точкой многих других великих открытий.
Вот эту-то последнюю статью и прочел Резерфорд на заре своей юности, и она увлекла его открывающимися перспективами; к тому же, Эрнест, подобно самому Герцу, предпочитал такие области науки, где можно что-то делать собственными руками.
Он занялся изучением свойств волн Герца — так называли вначале электромагнитные волны. Работал он в студенческой лаборатории, помещавшейся в холодном сарае с цементным полом, ее величали из-за этого пещерой. Тем не менее суровые условия работы не охлаждали энтузиазма, с которым Эрнест взялся за дело: он решил сконструировать беспроволочный телеграф. Его, правда, смущало, что он не знал, как обнаружить приходящую волну. После некоторых исследований, для которых он сам сконструировал приемник, Эрнест обнаружил, что о присутствии волн можно судить по размагничиванию железа. Он вставлял в колебательный контур пучок железных проволок, рядом помещал магнитную иглу, и, когда контур принимал волны и в нем возбуждались высокочастотные колебания, магнитная стрелка отклонялась.
Это было первое открытие двадцатитрехлетнего Резерфорда, и, конечно, он опубликовал его, и, конечно, в маленьком университете оно произвело весьма большое впечатление, и ему даже простили ошибки молодости — фантазии насчет строения атома.
Но, несмотря на то что работа была выполнена студентом, многие физики и инженеры, и среди них Александр Попов и Гульельмо Маркони, отнеслись к ней вполне серьезно и даже использовали ее в своих открытиях в области радио.
Для самого же Резерфорда эти исследования непосредственного значения не имели по причинам, нам уже известным, и Дж. Дж. Томсон даже раскаялся в этом, но косвенная польза от них была несомненная: о Резерфорде узнали сначала в Новой Зеландии, а потом и в Англии. Первое событие имело последствием диплом с отличием и место учителя физики в средней школе, второе принесло ему «Стипендию 1851 года». Это самая крупная стипендия, какую только может получить в Англии молодой ученый; она была учреждена из части доходов от Всемирной выставки 1851 года, происходившей в Лондоне. Присуждали их наиболее талантливым выпускникам провинциальных университетов, чтобы дать им возможность два-три года постажироваться в лучших лабораториях Англии.
Между первым и вторым событиями был разрыв почти в полгода, и эти месяцы Резерфорд пытался преподавать детям физику, как в свое время Ампер. Любопытно, что оба они на этом поприще не преуспели, но по разным причинам: Ампер был вообще малообщительный человек, к тому же со странностями, а Резерфорд, напротив, был полон энтузиазма и старался привить детям свою любовь к физике, во он явно недоучитывал их подготовку и их психологию. Ребят надо было заинтересовать, надо было найти прием, как это сделать; одной собственной увлеченности предметом мало, иногда эти качества даже мешают. Так случилось и с Резерфордом. На его уроках царили шум и беспорядок; увлекшись своим рассказом о таинствах материи, Эрнест напрочь забывал о детях, ну, а те не медлили пользоваться странностью нового учителя. Но даже если он сердился на невнимание — а он, естественно, не мог оставаться равнодушным к явным беспорядкам в классе — и даже если выгонял кого в коридор, ребята вскоре перестали бояться такого наказания. Они убедились, что стоит задать учителю какой-нибудь вопрос, как он увлечется, отвечая, и тогда можно преспокойно вернуться в класс, — в пылу рассказа он ничего не замечает.
Да, дирекция школы, которой Резерфорда рекомендовали как одного из лучших выпускников университета, была явно разочарована. Впрочем, и сам Эрнест был разочарован не меньше своей педагогической деятельностью. Он знал свою слабость, знал, что не умеет заставить себя слушать, но поделать ничего не мог.
В детстве, правда, он придумал неплохой прием для усмирения своих маленьких сестренок, которых мать оставляла на его попечение: он связывал им косы, и они не могли уже разбежаться. Но в школе такой метод не годился, а других, более педагогических, он не знал и поэтому только и ждал повода, чтобы покинуть преподавание.
В дальнейшем Резерфорд считался одним из лучших учителей — не школьных, а как глава физической школы. Вокруг него всегда группировались молодые физики, многие из которых потом, в свою очередь, стали во главе больших научных коллективов. Вероятно, дело все в том, что в лабораторию к Резерфорду приходили люди, уже выбравшие физику среди всех других наук, преданные ей, и им не надо было прививать азы, им надо было помочь найти себя в науке. И вот здесь, в искусстве гораздо более редком, чем умение держать в руках несколько десятков сорванцов, равных Резерфорду не было.
Впрочем, об этом речь еще впереди, для начала нужно, как минимум, чтобы Эрнест покинул наконец Новую Зеландию и отплыл в Англию — через океан, в поисках счастья, как некогда его дед, только в обратном направлении.
Если его предки не оставляли на родине никого из близких, то у Эрнеста здесь оставались родители, братья, сестры и невеста — Мэри Ньютон, за которой ему придется спустя некоторое время вернуться, чтобы обвенчаться и увезти с собой в другое полушарие, в другое общество, в совсем другую жизнь, не похожую на тихое существование в маленьком провинциальном городке, где учителя копают картошку на своем огороде.
Да, да, именно так, именно за этим занятием и застал его почтальон, когда принес телеграмму из Лондона о присуждении ему стипендии. Резерфорд радостно швырнул лопату на землю и закричал матери: «Это последняя картошка, которую я выкапываю!»
Он был прав, но та работа, что ожидала его в жизни, была ненамного легче; я имею в виду тот напряженный темп, ту отдачу, с которой работали большинство первопроходцев в науке. А Резерфорду суждено было стать именно первопроходцем.
Но сначала он был робким стажером.
Он прибыл в Англию, в Кембриджский университет, в 1893 году, накануне великого события, которое изменило всю физику и которое повлияло на его судьбу, — накануне открытия Рентгена. Вместе с тем то был год значительных реформ в научной жизни Кембриджа. В 1895 году был наконец отменен запрет, не разрешавший выпускникам других университетов работать в знаменитом научном центре. Инициатором этого прогрессивного акта был Дж. Дж. Томсон, руководитель знаменитой Кавендишской физической лаборатории.
Она была построена сравнительно недавно, в 1874 году, на деньги известного английского ученого Генри Кавендиша, жившего в XVIII веке. Этот Кавендиш был странным человеком. Мало того, что он избегал людей, никого не принимал и даже слугам запрещал попадаться на глаза; мало того, что питался он один в пустом зале, куда ему подавали прежде, чем он входил, а посуду забирали после его ухода; мало того, что работал он в полном одиночестве в своей частной лаборатории, оборудованной тут же у него во дворце — а у него был собственный дворец; мало всего этого — он еще и не публиковал большинства своих исследований, словно не желая встречаться с читателями даже заочно. Не знаю, как он, но наука много потеряла от его чудачеств: большинство его открытий были обнаружены уже много лет спустя после его смерти при разборе бумаг. И поэтому некоторые явления физики и химии, открытые им для себя, но сокрытые от людей, пришлось открывать еще раз, независимо от Кавендиша, другим исследователям. И только потом они с удивлением узнали, что повторяли то, что было уже сделано.
Может быть, желая искупить некоторую вину эксцентричного и эгоистичного Кавендиша перед наукой, его наследники предоставили средства для строительства физической лаборатории Кембриджского университета. Но, в конце концов, не так уж и важно, какими соображениями они руководствовались, важно, что лаборатория была построена и хорошо оснащена, и в 1874 году красивое готическое трехэтажное здание приняло первых исследователей. Через десять лет после открытия директором лаборатории стал Джозеф Джон Томсон, выдающийся английский физик, открывший электрон, которого его ученики и коллеги, чтобы не путать с другим великим Томсоном, лордом Кельвином, и с его собственным сыном, не столь великим Джорджем Томсоном, называли ласково Джи-Джи.
С приходом Джи-Джи — позволим и мы себе иногда его так называть — в Кавендишской лаборатории закипела новая жизнь. Директор решил заняться широким кругом физических проблем, поскольку сам имел многочисленные интересы в физике. А для этого нужны были помощники, и отсюда вытекало второе его начинание: он добился отмены консервативного наследия своих предшественников и пригласил в лабораторию иногородних, как теперь мы говорим, и иностранных ученых. Вот в числе этих первых «чужаков» и появился в чопорном Кембридже Эрнест Резерфорд (Крайстчерчер, Новая Зеландия); одновременно был принят на работу и Поль Ланжевен (Париж, Франция), впоследствии один из близких друзей Эрнеста. Кстати, вот почему Резерфорд попал к нему на обед в Париже спустя восемь лет.
Когда Резерфорд впервые предстал перед директором, тот, несмотря на разницу в возрасте и положении, очень внимательно и дружески расспросил его о научных склонностях и планах. Узнав, что в университете он увлекался электромагнитными колебаниями и даже привез с собой сконструированный им самим передатчик, Томсон тактично предложил для начала продолжить свои работы в данной области. Это было разумное предложение: оно давало возможность новичку в науке и новичку в Кембридже постепенно освоиться и на первых порах показать себя с лучшей стороны, что было немаловажно для творческого самочувствия двадцатичетырехлетнего стажера.
Резерфорд, ободренный столь чутким отношением Джи-Джи, вначале решил продолжить изучение электромагнитных волн и особенности их распространения. Очень быстро, уже на следующий год, он добился выдающихся по тем временам практических результатов — установил радиосвязь между Кавендишской лабораторией и университетской обсерваторией, расположенной в трех километрах. Петр Леонидович Капица пишет в своих воспоминаниях, что это был рекорд дальности и, «продолжай он эти работы, он ушел бы очень далеко». Но, как рассказывал потом сам Эрнест, его не манили практические перспективы; чтобы развивать свое достижение, надо было усовершенствовать приемник, передатчик, другую аппаратуру, а это было ему не по душе.
Ученый мир был взбудоражен открытием Рентгена, и Резерфорд не хотел оставаться в стороне от самых новых исследований. К тому же Томсон сделал ему весьма лестное предложение работать под личным руководством директора лаборатории. Поэтому Эрнест свернул свои радиоработы, передатчик подарил итальянскому инженеру Маркони, который, кстати, использовал его в дальнейшем, и приступил к штурму самых высоких вершин физики, чтобы постепенно, одну за другой, покорить их, взойти туда первым и получить таким образом право дать им свое имя.
Но начало было скромным: Резерфорд совместно с Томсоном принялся за изучение ионизации газов, и воздуха в том числе, лучами Рентгена. За несколько месяцев 1896 года они достигли весьма приличных успехов, и не случись тут еще открытия Беккереля, и не увлекись Резерфорд новой темой, и не оставь из-за этого ионизацию, может, он стал бы соучастником эпохального открытия, сделанного через год его учителем, — открытия электрона.
Но обнаружение урановых лучей вселило смятение в его душу, и он оставил рентгеновские лучи, чтобы заняться новым загадочным феноменом. Было бы несправедливо обвинять молодого ученого в легкомыслии, этаком порхании от темы к теме; дело в том, что в лучах Беккереля Резерфорд поначалу усмотрел нечто общее с лучами Рентгена, и, поскольку в изучении последних он уже немало преуспел, было вполне логично приступить к их взаимному сравнению.
Первое исследование подтвердило его гипотезу: урановые лучи также ионизировали воздух. Но дальше пошли неожиданности: излучение урана сильно отличалось от рентгеновского. Почти год возился Эрнест со своей работой, первой самостоятельной работой, и в результате должен был признать, что ошибся в исходной посылке.
Резерфорд не очень огорчился, обнаружив, что лучи Рентгена и лучи Беккереля имеют разную природу; он резонно решил поискать смысл в полученном отрицательном ответе — почему у них разная природа, чем они отличаются друг от друга.
И когда Эрнест поступил вот таким единственно разумным образом, он очень быстро пришел к открытию, пролившему свет на природу радиоактивности. Экспериментируя с лучами Беккереля, исследуя их поведение в магнитном поле, он обнаружил, что они состоят как минимум из двух различных компонентов. Одно излучение легко поглощалось даже листом бумаги, другое обладало большей проницаемостью, оно проходило сквозь алюминиевую фольгу. Чтобы не путаться в названиях этих составных частей, он назвал их очень просто — первыми двумя буквами греческого алфавита: альфа-лучи и бета-лучи. А когда через четыре года физик Виллард обнаружил в излучении радия еще и третью составляющую — лучи, похожие на рентгеновские, — он, по примеру Резерфорда, назвал их следующей буквой — гамма-лучами.
Вероятно, всем нам памятна картинка, приведенная в учебниках физики: маленький свинцовый ящик с отверстием, из которого вырывается наружу радиоактивное излучение и под действием магнита делится на три траектории; первая сильно загибается в одну сторону — это альфа-лучи, другая отклоняется в противоположную сторону, но меньше — это бета-лучи, а третья, средняя, проходит между ними, никуда не отклоняясь, — это гамма-лучи. Сейчас это основы физики; пользуясь все тем же греческим алфавитом, можно сказать, что это альфа и омега физики, но тогда все было внове, и это было открытие, первое серьезное открытие двадцатипятилетнего Резерфорда. Первое и далеко не последнее. Ему еще предстояло обнаружить много новых земель в океане физических явлений; но для этого надо было сначала ему самому пересечь Атлантический океан.
Случилось это так. В 1897 году в Мак-Гиллском университете в Монреале, в Канаде, открылась вакантная должность профессора физики. Ректор университета Петерсон написал письмо Дж. Дж. Томсону с просьбой порекомендовать кого-нибудь из своих учеников или коллег. Томсон, поразмыслив, написал, что он рекомендует некоего Резерфорда, который хоть и недавно работает в Кембридже, но, вероятно, известен господину Петерсону своими прекрасными исследованиями лучей Рентгена и Беккереля. Свое письмо он закончил так: «У меня никогда не было молодого ученого с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как господин Резерфорд; я уверен, что, если он будет избран, он создаст выдающуюся школу физики в Монреале… Я считал бы счастливым то учреждение, которое закрепило бы за собой Резерфорда в качестве профессора физики».
Здесь удивительны два момента. Прежде всего редкая проницательность Томсона, угадавшего не только талант своего ученика, но его способность создать «выдающуюся школу физики»; именно это Резерфорд и сделал в Монреале. Но более удивительно поведение другого корреспондента: вместо того чтобы сообщить в Кембридж «добро», мистер Петерсон решил сам приехать в Англию, чтобы лично познакомиться с протеже Томсона. Что это: недоверие? Но тогда зачем обращаться с просьбой? Смущение молодостью Резерфорда? Ректор университета должен помнить, в каком возрасте становились профессорами великие физики. А может быть, вот в чем дело: Мак-Гиллский университет — дальняя провинция, туда даже научные журналы доходят, когда статья уже успеет устареть, ни одного мало-мальски крупного ученого там нет, не то что в европейских или американских университетах, и вот ректор решает воспользоваться поводом знакомства с Резерфордом, чтобы заодно ознакомиться с постановкой научной работы в Кембридже, закупить новые книги для библиотеки и новые приборы для лаборатории. Я думаю, эта версия наиболее вероятна.
Итак, Петерсон летом 1898 года приезжает в Кембридж. Томсон уже лично знакомит его с Резерфордом, а Петерсон заочно знакомит Резерфорда с будущим местом работы.
Мак-Гиллский университет, или просто Мак-Гилл, как называли его ученые, был одним из самых старых и лучших университетов Канады, что, впрочем, не мешало ему быть — по европейским меркам — довольно молодым и довольно средним университетом. Свое название он получил, как и Кавендишская лаборатория, по имени человека, основавшего его. Звали этого филантропа Мак-Гилл, он был, как и предки Резерфорда, шотландец, и, как и они, бедный шотландец, и, как и они, покинул родину, чтобы попытать счастья за океаном. Только отправился он не в Новую Зеландию, а в Канаду, тоже достаточно малонаселенную страну, но с более суровым климатом. Двадцать лет пытался Мак-Гилл осуществить мечту, ради которой бросил родные края, — разбогатеть. Чего он только ни делал для этого: охотился на диких зверей, скупал у эскимосов и индейцев пушнину, забирался в места, где до него никто не ходил, — и все-таки своего добился, разбогател. Но, к сожалению, он так много времени и сил потратил на достижение своей цели, что воспользоваться плодами достигнутого просто не успел — умер. Но поскольку умер он все же богатым человеком, то перед смертью сделал то, что, как он слышал, делают все богатые люди: написал завещание. Точнее, он продиктовал его, поскольку сам не мог этого сделать: не по слабости — по неграмотности. И каково же было удивление его родных, когда они узнали, что их Мак-Гилл, за всю свою долгую жизнь так и не научившийся писать, сорок тысяч английских фунтов пожертвовал на строительство колледжа в Монреале. Первого колледжа, других там не было.
Сорок тысяч фунтов стерлингов не бог весть какие деньги, если речь идет о строительстве, поэтому колледж, когда его построили в начале XIX века, оказался весьма скромным зданием. Но главное — начать. После этого были собраны дополнительные частные пожертвования, и худо-бедно монреальский университет, объединивший несколько сооруженных на эти деньги колледжей, начал существовать. И получил имя Мак-Гиллского — в честь первого человека, подумавшего о развитии образования и науки в Монреале.
Но недаром говорят, что примеры заразительны. Еще один шотландец канадского происхождения — или канадец шотландского происхождения, как угодно, — Макдональд, которому повезло больше, чем его соотечественнику, и который был поэтому намного богаче его, тоже решил пожертвовать часть своего капитала на просветительские нужды, — правда, еще при своей жизни. У него были другие возможности и, как следствие, другой размах: он отвалил четыре миллиона долларов не вообще университету, а на строительство физического факультета, физической и химической лабораторий. Он лично следил за ходом строительных работ и проследил также, чтобы им, когда они были построены, не забыли присвоить его имя.
Таким образом, шотландцу Резерфорду предлагали работать в университете, носящем имя шотландца Мак-Гилла, на кафедре физики, носящей имя шотландца Макдональда.
Не думаю, чтобы в согласии, которым он ответил на личное предложение ректора, патриотические чувства сыграли главную роль, хотя они и могли иметь место; скорее всего, решающими оказались два фактора: научная самостоятельность — а у Резерфорда уже появились собственные идеи; и материальная независимость — а у него давно была невеста. Вот, собственно, на что рассчитывал новоиспеченный профессор. А на что рассчитывал университет, ясно из письма Эрнеста Мэри Ньютон: от него ожидают, что он «создаст исследовательскую школу, чтобы сбить с янки спесь». Янки, как известно, прозвище американцев; вероятно, канадцам очень хотелось не отстать от своих преуспевающих соседей хотя бы по части науки.
Но Томсону не пришлось бы сожалеть о содеянном, если бы Резерфорд еще студентом не прочел статью об открытии электромагнитного излучения, и тут мы снова возвращаемся к Генриху Герцу.
В тот год, когда Герц сделал свое главное открытие — у него есть и другие замечательные работы, — ему шел тридцатый год. До этого момента жизнь его складывалась, как он считал, не совсем удачно, хотя внешне все выглядело весьма благопристойно. Он был сыном преуспевающего адвоката из Гамбурга, родители его очень любили, и он их очень любил. С детства, как и Резерфорд, он обнаружил необычную склонность к математике, а также и к языкам. Кроме того, Генрих прекрасно рисовал, лепил, был искусен в работах по дереву и металлу, вообще имел, как говорят, золотые руки. Его увлечение классической литературой и искусством сказалось, кстати, позже в манере писать научные статьи; недаром их считают образцовыми по языку — они ясны и точны в научном аспекте и вместе с тем изысканны по форме.
Несмотря на явные способности, Генрих был чрезмерно скромен в их оценке, считал себя ни на что путное в науке не годным и решил поэтому после окончания средней школы идти учиться на инженера-строителя; почему-то ему казалось, что для этой профессии его таланта хватит. Но вскоре, к счастью, поняв, что заблуждается в своем призвании, решил заняться математикой и естественными науками.
В 1880 году Герц окончил университет с отличием и три года проработал в Физическом институте при университете под руководством такого выдающегося учителя, как Герман Гельмгольц.
В 1883 году Герца пригласили доцентом в университет города Киля. И вот здесь и начались его нравственные мучения. По долгу службы он должен был читать курс теоретической физики, но не чувствовал в себе склонности к теории. Его влекла экспериментаторская деятельность, но ею по долгу службы он заниматься не мог.
Внутренняя неуверенность сказалась на научной работе: за два года он выполнил и опубликовал всего несколько случайных теоретических работ.
Но, к счастью для него и для физики, случилось так, что освободилась вакансия ординарного профессора в Высшей технической школе в Карлсруэ, и Герц получил приглашение занять эту должность. И вот там наконец он почувствовал себя в своей тарелке — у него была собственная экспериментальная лаборатория. Правда, ему все же приходилось читать лекции и демонстрировать опыты, и он даже по старой боязни назвал их как-то «страхо-лекциями» и всегда боялся, что демонстрация какого-нибудь явления непременно сорвется и опозорит профессора.
Но когда он приходил в лабораторию, он был счастлив; здесь он мог позволить себе свободу творчества, здесь он занимался тем, что его в данный момент интересовало более всего.
А интересовали его более всего быстрые электрические колебания. То, что удавалось тогда получить даже при самых невероятных ухищрениях, не было достаточно быстрым, и никто даже не знал, можно ли вообще достичь, скажем, ста миллионов колебаний в секунду — той частоты, что сегодня используется в каждом радиопередатчике. И вот здесь Герцу и пришел на помощь случай.
У него на столе стоял виток проволоки, имевший маленький искровой промежуток. Разряжая лейденскую банку, Герц вызывал в нем проскок искры и тем самым получал желанные электрические колебания. Как-то раз рядом с этим контуром случайно был оставлен второй виток, никак с ним не связанный. И вот, разряжая лейденскую банку через один виток. Герц вдруг с изумлением увидел, что искры проскакивают и на втором контуре. Вначале Герц посчитал это каким-то случайным явлением, но вскоре, повторив его не один раз и на разных проводниках, он понял, что открыл электрические волны. Тогда он еще не понял, правда, что только что держал в руках первый передатчик электрических колебаний и первый их приемник и что через некоторое время из его открытия вырастет целая огромная область техники — радиотехника, а потом и телевидение.
Но Герц оказался внимательным, настойчивым и проницательным исследователем и вскоре смог понять, что к чему. Он сумел определить длину образующейся волны и ее скорость в воздухе; он обнаружил, что настройка передатчика и приемника улучшает прием; он открыл факт затухания колебаний — то есть он заложил фундамент современной радиотехники.
После этого, всего за год с небольшим, он опубликовал еще две работы, относящиеся к этой же области, а вслед за ними и четвертую статью, которая произвела большое впечатление на многих, и в том числе на Резерфорда. В ней Герц существенно видоизменил опыт, приблизив условия приема электромагнитных волн к практическим требованиям еще не родившейся области техники: ученый поставил приемник и передатчик в разных концах конференц-зала института на расстоянии 15 метров один от другого, и передатчик, стоящий у одной стены, посылал волны в зал, а приемник, стоящий у другой стены, обитой предварительно листами цинка, которому отводилась роль зеркала, принимал эти волны. И по усилению и ослаблению приема в разных местах зала Герц ясно доказал, что электромагнитные колебания имеют волновую природу.
Словом, из случайного наблюдения Генрих Герц вывел целую новую главу физики, которая послужила отправной точкой многих других великих открытий.
Вот эту-то последнюю статью и прочел Резерфорд на заре своей юности, и она увлекла его открывающимися перспективами; к тому же, Эрнест, подобно самому Герцу, предпочитал такие области науки, где можно что-то делать собственными руками.
Он занялся изучением свойств волн Герца — так называли вначале электромагнитные волны. Работал он в студенческой лаборатории, помещавшейся в холодном сарае с цементным полом, ее величали из-за этого пещерой. Тем не менее суровые условия работы не охлаждали энтузиазма, с которым Эрнест взялся за дело: он решил сконструировать беспроволочный телеграф. Его, правда, смущало, что он не знал, как обнаружить приходящую волну. После некоторых исследований, для которых он сам сконструировал приемник, Эрнест обнаружил, что о присутствии волн можно судить по размагничиванию железа. Он вставлял в колебательный контур пучок железных проволок, рядом помещал магнитную иглу, и, когда контур принимал волны и в нем возбуждались высокочастотные колебания, магнитная стрелка отклонялась.
Это было первое открытие двадцатитрехлетнего Резерфорда, и, конечно, он опубликовал его, и, конечно, в маленьком университете оно произвело весьма большое впечатление, и ему даже простили ошибки молодости — фантазии насчет строения атома.
Но, несмотря на то что работа была выполнена студентом, многие физики и инженеры, и среди них Александр Попов и Гульельмо Маркони, отнеслись к ней вполне серьезно и даже использовали ее в своих открытиях в области радио.
Для самого же Резерфорда эти исследования непосредственного значения не имели по причинам, нам уже известным, и Дж. Дж. Томсон даже раскаялся в этом, но косвенная польза от них была несомненная: о Резерфорде узнали сначала в Новой Зеландии, а потом и в Англии. Первое событие имело последствием диплом с отличием и место учителя физики в средней школе, второе принесло ему «Стипендию 1851 года». Это самая крупная стипендия, какую только может получить в Англии молодой ученый; она была учреждена из части доходов от Всемирной выставки 1851 года, происходившей в Лондоне. Присуждали их наиболее талантливым выпускникам провинциальных университетов, чтобы дать им возможность два-три года постажироваться в лучших лабораториях Англии.
Между первым и вторым событиями был разрыв почти в полгода, и эти месяцы Резерфорд пытался преподавать детям физику, как в свое время Ампер. Любопытно, что оба они на этом поприще не преуспели, но по разным причинам: Ампер был вообще малообщительный человек, к тому же со странностями, а Резерфорд, напротив, был полон энтузиазма и старался привить детям свою любовь к физике, во он явно недоучитывал их подготовку и их психологию. Ребят надо было заинтересовать, надо было найти прием, как это сделать; одной собственной увлеченности предметом мало, иногда эти качества даже мешают. Так случилось и с Резерфордом. На его уроках царили шум и беспорядок; увлекшись своим рассказом о таинствах материи, Эрнест напрочь забывал о детях, ну, а те не медлили пользоваться странностью нового учителя. Но даже если он сердился на невнимание — а он, естественно, не мог оставаться равнодушным к явным беспорядкам в классе — и даже если выгонял кого в коридор, ребята вскоре перестали бояться такого наказания. Они убедились, что стоит задать учителю какой-нибудь вопрос, как он увлечется, отвечая, и тогда можно преспокойно вернуться в класс, — в пылу рассказа он ничего не замечает.
Да, дирекция школы, которой Резерфорда рекомендовали как одного из лучших выпускников университета, была явно разочарована. Впрочем, и сам Эрнест был разочарован не меньше своей педагогической деятельностью. Он знал свою слабость, знал, что не умеет заставить себя слушать, но поделать ничего не мог.
В детстве, правда, он придумал неплохой прием для усмирения своих маленьких сестренок, которых мать оставляла на его попечение: он связывал им косы, и они не могли уже разбежаться. Но в школе такой метод не годился, а других, более педагогических, он не знал и поэтому только и ждал повода, чтобы покинуть преподавание.
В дальнейшем Резерфорд считался одним из лучших учителей — не школьных, а как глава физической школы. Вокруг него всегда группировались молодые физики, многие из которых потом, в свою очередь, стали во главе больших научных коллективов. Вероятно, дело все в том, что в лабораторию к Резерфорду приходили люди, уже выбравшие физику среди всех других наук, преданные ей, и им не надо было прививать азы, им надо было помочь найти себя в науке. И вот здесь, в искусстве гораздо более редком, чем умение держать в руках несколько десятков сорванцов, равных Резерфорду не было.
Впрочем, об этом речь еще впереди, для начала нужно, как минимум, чтобы Эрнест покинул наконец Новую Зеландию и отплыл в Англию — через океан, в поисках счастья, как некогда его дед, только в обратном направлении.
Если его предки не оставляли на родине никого из близких, то у Эрнеста здесь оставались родители, братья, сестры и невеста — Мэри Ньютон, за которой ему придется спустя некоторое время вернуться, чтобы обвенчаться и увезти с собой в другое полушарие, в другое общество, в совсем другую жизнь, не похожую на тихое существование в маленьком провинциальном городке, где учителя копают картошку на своем огороде.
Да, да, именно так, именно за этим занятием и застал его почтальон, когда принес телеграмму из Лондона о присуждении ему стипендии. Резерфорд радостно швырнул лопату на землю и закричал матери: «Это последняя картошка, которую я выкапываю!»
Он был прав, но та работа, что ожидала его в жизни, была ненамного легче; я имею в виду тот напряженный темп, ту отдачу, с которой работали большинство первопроходцев в науке. А Резерфорду суждено было стать именно первопроходцем.
Но сначала он был робким стажером.
Он прибыл в Англию, в Кембриджский университет, в 1893 году, накануне великого события, которое изменило всю физику и которое повлияло на его судьбу, — накануне открытия Рентгена. Вместе с тем то был год значительных реформ в научной жизни Кембриджа. В 1895 году был наконец отменен запрет, не разрешавший выпускникам других университетов работать в знаменитом научном центре. Инициатором этого прогрессивного акта был Дж. Дж. Томсон, руководитель знаменитой Кавендишской физической лаборатории.
Она была построена сравнительно недавно, в 1874 году, на деньги известного английского ученого Генри Кавендиша, жившего в XVIII веке. Этот Кавендиш был странным человеком. Мало того, что он избегал людей, никого не принимал и даже слугам запрещал попадаться на глаза; мало того, что питался он один в пустом зале, куда ему подавали прежде, чем он входил, а посуду забирали после его ухода; мало того, что работал он в полном одиночестве в своей частной лаборатории, оборудованной тут же у него во дворце — а у него был собственный дворец; мало всего этого — он еще и не публиковал большинства своих исследований, словно не желая встречаться с читателями даже заочно. Не знаю, как он, но наука много потеряла от его чудачеств: большинство его открытий были обнаружены уже много лет спустя после его смерти при разборе бумаг. И поэтому некоторые явления физики и химии, открытые им для себя, но сокрытые от людей, пришлось открывать еще раз, независимо от Кавендиша, другим исследователям. И только потом они с удивлением узнали, что повторяли то, что было уже сделано.
Может быть, желая искупить некоторую вину эксцентричного и эгоистичного Кавендиша перед наукой, его наследники предоставили средства для строительства физической лаборатории Кембриджского университета. Но, в конце концов, не так уж и важно, какими соображениями они руководствовались, важно, что лаборатория была построена и хорошо оснащена, и в 1874 году красивое готическое трехэтажное здание приняло первых исследователей. Через десять лет после открытия директором лаборатории стал Джозеф Джон Томсон, выдающийся английский физик, открывший электрон, которого его ученики и коллеги, чтобы не путать с другим великим Томсоном, лордом Кельвином, и с его собственным сыном, не столь великим Джорджем Томсоном, называли ласково Джи-Джи.
С приходом Джи-Джи — позволим и мы себе иногда его так называть — в Кавендишской лаборатории закипела новая жизнь. Директор решил заняться широким кругом физических проблем, поскольку сам имел многочисленные интересы в физике. А для этого нужны были помощники, и отсюда вытекало второе его начинание: он добился отмены консервативного наследия своих предшественников и пригласил в лабораторию иногородних, как теперь мы говорим, и иностранных ученых. Вот в числе этих первых «чужаков» и появился в чопорном Кембридже Эрнест Резерфорд (Крайстчерчер, Новая Зеландия); одновременно был принят на работу и Поль Ланжевен (Париж, Франция), впоследствии один из близких друзей Эрнеста. Кстати, вот почему Резерфорд попал к нему на обед в Париже спустя восемь лет.
Когда Резерфорд впервые предстал перед директором, тот, несмотря на разницу в возрасте и положении, очень внимательно и дружески расспросил его о научных склонностях и планах. Узнав, что в университете он увлекался электромагнитными колебаниями и даже привез с собой сконструированный им самим передатчик, Томсон тактично предложил для начала продолжить свои работы в данной области. Это было разумное предложение: оно давало возможность новичку в науке и новичку в Кембридже постепенно освоиться и на первых порах показать себя с лучшей стороны, что было немаловажно для творческого самочувствия двадцатичетырехлетнего стажера.
Резерфорд, ободренный столь чутким отношением Джи-Джи, вначале решил продолжить изучение электромагнитных волн и особенности их распространения. Очень быстро, уже на следующий год, он добился выдающихся по тем временам практических результатов — установил радиосвязь между Кавендишской лабораторией и университетской обсерваторией, расположенной в трех километрах. Петр Леонидович Капица пишет в своих воспоминаниях, что это был рекорд дальности и, «продолжай он эти работы, он ушел бы очень далеко». Но, как рассказывал потом сам Эрнест, его не манили практические перспективы; чтобы развивать свое достижение, надо было усовершенствовать приемник, передатчик, другую аппаратуру, а это было ему не по душе.
Ученый мир был взбудоражен открытием Рентгена, и Резерфорд не хотел оставаться в стороне от самых новых исследований. К тому же Томсон сделал ему весьма лестное предложение работать под личным руководством директора лаборатории. Поэтому Эрнест свернул свои радиоработы, передатчик подарил итальянскому инженеру Маркони, который, кстати, использовал его в дальнейшем, и приступил к штурму самых высоких вершин физики, чтобы постепенно, одну за другой, покорить их, взойти туда первым и получить таким образом право дать им свое имя.
Но начало было скромным: Резерфорд совместно с Томсоном принялся за изучение ионизации газов, и воздуха в том числе, лучами Рентгена. За несколько месяцев 1896 года они достигли весьма приличных успехов, и не случись тут еще открытия Беккереля, и не увлекись Резерфорд новой темой, и не оставь из-за этого ионизацию, может, он стал бы соучастником эпохального открытия, сделанного через год его учителем, — открытия электрона.
Но обнаружение урановых лучей вселило смятение в его душу, и он оставил рентгеновские лучи, чтобы заняться новым загадочным феноменом. Было бы несправедливо обвинять молодого ученого в легкомыслии, этаком порхании от темы к теме; дело в том, что в лучах Беккереля Резерфорд поначалу усмотрел нечто общее с лучами Рентгена, и, поскольку в изучении последних он уже немало преуспел, было вполне логично приступить к их взаимному сравнению.
Первое исследование подтвердило его гипотезу: урановые лучи также ионизировали воздух. Но дальше пошли неожиданности: излучение урана сильно отличалось от рентгеновского. Почти год возился Эрнест со своей работой, первой самостоятельной работой, и в результате должен был признать, что ошибся в исходной посылке.
Резерфорд не очень огорчился, обнаружив, что лучи Рентгена и лучи Беккереля имеют разную природу; он резонно решил поискать смысл в полученном отрицательном ответе — почему у них разная природа, чем они отличаются друг от друга.
И когда Эрнест поступил вот таким единственно разумным образом, он очень быстро пришел к открытию, пролившему свет на природу радиоактивности. Экспериментируя с лучами Беккереля, исследуя их поведение в магнитном поле, он обнаружил, что они состоят как минимум из двух различных компонентов. Одно излучение легко поглощалось даже листом бумаги, другое обладало большей проницаемостью, оно проходило сквозь алюминиевую фольгу. Чтобы не путаться в названиях этих составных частей, он назвал их очень просто — первыми двумя буквами греческого алфавита: альфа-лучи и бета-лучи. А когда через четыре года физик Виллард обнаружил в излучении радия еще и третью составляющую — лучи, похожие на рентгеновские, — он, по примеру Резерфорда, назвал их следующей буквой — гамма-лучами.
Вероятно, всем нам памятна картинка, приведенная в учебниках физики: маленький свинцовый ящик с отверстием, из которого вырывается наружу радиоактивное излучение и под действием магнита делится на три траектории; первая сильно загибается в одну сторону — это альфа-лучи, другая отклоняется в противоположную сторону, но меньше — это бета-лучи, а третья, средняя, проходит между ними, никуда не отклоняясь, — это гамма-лучи. Сейчас это основы физики; пользуясь все тем же греческим алфавитом, можно сказать, что это альфа и омега физики, но тогда все было внове, и это было открытие, первое серьезное открытие двадцатипятилетнего Резерфорда. Первое и далеко не последнее. Ему еще предстояло обнаружить много новых земель в океане физических явлений; но для этого надо было сначала ему самому пересечь Атлантический океан.
Случилось это так. В 1897 году в Мак-Гиллском университете в Монреале, в Канаде, открылась вакантная должность профессора физики. Ректор университета Петерсон написал письмо Дж. Дж. Томсону с просьбой порекомендовать кого-нибудь из своих учеников или коллег. Томсон, поразмыслив, написал, что он рекомендует некоего Резерфорда, который хоть и недавно работает в Кембридже, но, вероятно, известен господину Петерсону своими прекрасными исследованиями лучей Рентгена и Беккереля. Свое письмо он закончил так: «У меня никогда не было молодого ученого с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как господин Резерфорд; я уверен, что, если он будет избран, он создаст выдающуюся школу физики в Монреале… Я считал бы счастливым то учреждение, которое закрепило бы за собой Резерфорда в качестве профессора физики».
Здесь удивительны два момента. Прежде всего редкая проницательность Томсона, угадавшего не только талант своего ученика, но его способность создать «выдающуюся школу физики»; именно это Резерфорд и сделал в Монреале. Но более удивительно поведение другого корреспондента: вместо того чтобы сообщить в Кембридж «добро», мистер Петерсон решил сам приехать в Англию, чтобы лично познакомиться с протеже Томсона. Что это: недоверие? Но тогда зачем обращаться с просьбой? Смущение молодостью Резерфорда? Ректор университета должен помнить, в каком возрасте становились профессорами великие физики. А может быть, вот в чем дело: Мак-Гиллский университет — дальняя провинция, туда даже научные журналы доходят, когда статья уже успеет устареть, ни одного мало-мальски крупного ученого там нет, не то что в европейских или американских университетах, и вот ректор решает воспользоваться поводом знакомства с Резерфордом, чтобы заодно ознакомиться с постановкой научной работы в Кембридже, закупить новые книги для библиотеки и новые приборы для лаборатории. Я думаю, эта версия наиболее вероятна.
Итак, Петерсон летом 1898 года приезжает в Кембридж. Томсон уже лично знакомит его с Резерфордом, а Петерсон заочно знакомит Резерфорда с будущим местом работы.
Мак-Гиллский университет, или просто Мак-Гилл, как называли его ученые, был одним из самых старых и лучших университетов Канады, что, впрочем, не мешало ему быть — по европейским меркам — довольно молодым и довольно средним университетом. Свое название он получил, как и Кавендишская лаборатория, по имени человека, основавшего его. Звали этого филантропа Мак-Гилл, он был, как и предки Резерфорда, шотландец, и, как и они, бедный шотландец, и, как и они, покинул родину, чтобы попытать счастья за океаном. Только отправился он не в Новую Зеландию, а в Канаду, тоже достаточно малонаселенную страну, но с более суровым климатом. Двадцать лет пытался Мак-Гилл осуществить мечту, ради которой бросил родные края, — разбогатеть. Чего он только ни делал для этого: охотился на диких зверей, скупал у эскимосов и индейцев пушнину, забирался в места, где до него никто не ходил, — и все-таки своего добился, разбогател. Но, к сожалению, он так много времени и сил потратил на достижение своей цели, что воспользоваться плодами достигнутого просто не успел — умер. Но поскольку умер он все же богатым человеком, то перед смертью сделал то, что, как он слышал, делают все богатые люди: написал завещание. Точнее, он продиктовал его, поскольку сам не мог этого сделать: не по слабости — по неграмотности. И каково же было удивление его родных, когда они узнали, что их Мак-Гилл, за всю свою долгую жизнь так и не научившийся писать, сорок тысяч английских фунтов пожертвовал на строительство колледжа в Монреале. Первого колледжа, других там не было.
Сорок тысяч фунтов стерлингов не бог весть какие деньги, если речь идет о строительстве, поэтому колледж, когда его построили в начале XIX века, оказался весьма скромным зданием. Но главное — начать. После этого были собраны дополнительные частные пожертвования, и худо-бедно монреальский университет, объединивший несколько сооруженных на эти деньги колледжей, начал существовать. И получил имя Мак-Гиллского — в честь первого человека, подумавшего о развитии образования и науки в Монреале.
Но недаром говорят, что примеры заразительны. Еще один шотландец канадского происхождения — или канадец шотландского происхождения, как угодно, — Макдональд, которому повезло больше, чем его соотечественнику, и который был поэтому намного богаче его, тоже решил пожертвовать часть своего капитала на просветительские нужды, — правда, еще при своей жизни. У него были другие возможности и, как следствие, другой размах: он отвалил четыре миллиона долларов не вообще университету, а на строительство физического факультета, физической и химической лабораторий. Он лично следил за ходом строительных работ и проследил также, чтобы им, когда они были построены, не забыли присвоить его имя.
Таким образом, шотландцу Резерфорду предлагали работать в университете, носящем имя шотландца Мак-Гилла, на кафедре физики, носящей имя шотландца Макдональда.
Не думаю, чтобы в согласии, которым он ответил на личное предложение ректора, патриотические чувства сыграли главную роль, хотя они и могли иметь место; скорее всего, решающими оказались два фактора: научная самостоятельность — а у Резерфорда уже появились собственные идеи; и материальная независимость — а у него давно была невеста. Вот, собственно, на что рассчитывал новоиспеченный профессор. А на что рассчитывал университет, ясно из письма Эрнеста Мэри Ньютон: от него ожидают, что он «создаст исследовательскую школу, чтобы сбить с янки спесь». Янки, как известно, прозвище американцев; вероятно, канадцам очень хотелось не отстать от своих преуспевающих соседей хотя бы по части науки.