Страница:
Так, как нужно? У каждой эпохи свои представления об этом.
В душе Резерфорда не было раскаяния, что он не преступил благоразумных правил добропорядочной жизни и потому продлил на столько лет свою разлуку с Мэри и ее тоску.
Но для современников - психологически - наступил уже новый век.
Стоит напомнить, что квантовая эра в физике родилась вместе с XX столетием: в декабре 1900 года Макс Планк впервые произнес во всеуслышанье слово «квант». Менее заметна выдающаяся роль, какую сыграл 1900 год в появлении новой атомистики, покончившей с многовековым представлением об атомах как о неизменных сущностях.
Парадокс истории: именно тогда, когда возникла идея квантов как неделимых порций энергии, пришло к концу господство идеи атомов как неделимых порций вещества!
Можно утверждать, что приговор старой атомистике был вынесен в 1896 году вместе с открытием радиоактивности. Можно утверждать, что этот приговор был приведен в исполнение в 1902 году, когда появилась теория радиоактивного распада атомов. Недаром она была тотчас названа теорией «дезинтеграции материи» и теорией «превращения элементов». Старую атомистику осудила природа. Осудила обычным способом, показав ученым круг явлений, прежде им неизвестных. Но понадобилось шесть лет, чтобы прочитать уже вынесенный приговор. Ничего странного: он был написан на никому еще не ведомом языке внутриатомных событий. Это было труднее, чем расшифровать дощечки с острова Пасхи.
Впрочем, существует другое мнение.
Нескончаемый список везучестей Резерфорда один мемуарист пополнил довольно неожиданным пунктом:
Счастьем было и то, что радиоактивность оказалась таким простым предметом. Как замечательно, что она была явлением атомным, а не молекулярным; что на самопроизвольность распада не влияли никакие химические или физические условия; что этот распад во всех случаях следовал только одному закону; что распадающийся атом никогда не испускал в один присест больше одной частицы; что в общем существовали только два рода частиц!
Эту мысль можно было выразить и короче, просто сказав: как замечательно, что радиоактивность оказалась тем, чем она была! Или чуть по-другому, как великолепно, что природа устроила атомы именно так, как она их устроила!.. Вот если бы еще и знать заранее, как же она их устроила?!
Нетрудно догадаться: эти слова о простоте постижения радиоактивности были произнесены после того, как все стало ясно. Труднее поверить, что их произнес ученик и сотрудник Резерфорда - известный радиохимик А. С. Рассел. Они сошли бы за шутку, если б не были сказаны патетически. Рассел совершил логическую оплошность: если и правда, что физическая картина радиоактивного распада относительно проста, то разве отсюда следует, что и узнать это было просто? До вершины Эвереста меньше девяти километров по вертикали, но стоит ли утверждать, что ее покорителям Тенсингу и Ханту повезло?
А. С. Рассел не работал в Монреале. Он стал одним из «мальчиков Резерфорда» позже - в дни Манчестера. Но вся история радиоактивности прошла на его глазах. Он сам принимал деятельное участие в открытии Закона Смещения - простейшего из законов радиоактивных превращений: испуская альфа-частицу, атом теряет два положительных заряда и потому смещается в таблице Менделеева на две клеточки влево, а испуская бета-частицу, атом теряет один отрицательный заряд и его положительная заряженность становится на единицу больше - он перемещается в таблице элементов на одну клеточку вправо. Вот и все. Даже не закон, а нечто вроде правила для запоминания. Зная современный принцип построения периодической системы Менделеева, любой школьник может сегодня вывести Закон Смещения прямо на уроке. Ему придется поморщить лоб минуты две - не больше… Но Рассел, лучше чем кто бы то ни было, знал, что в 10-х годах этот пустяк не дался в руки ученым сразу. Еще не было законченной теории атома Резерфорда - Бора, и принцип чередования элементов в менделеевской таблице оставался невыясненным. И Закон Смещения нельзя было вывести простым сложением или вычитанием зарядов. Его требовалось открыть и доказать! Четыре высоколобых исследователя - Содди, Фаянс, Флек и сам Рассел - два года вертели проблему в руках, прежде чем все стало ясно. И Рассел помнил всю жизнь, как одно смешное заблуждение (сегодня - смешное!) по.мешало ему дойти до ясного понимания «такого простого предмета»: он не был уверен, что цепочка элементов от 1-го до 92-го - от водорода до урана - непрерывна, что в ней обязательно должны быть все звенья. И потому-то Закон Смещения сохранился в истории науки под именем закона Фаянса-Содди - только Фаянса и Содди!..
«Знаю я эту милую простоту!» - сказано было в одной старой пьесе. А история физики - очень старая пьеса, всего более похожая на драму.
Свою мемориальную лекцию о Резерфорде, исполненную почти религиозного восторга перед личностью и гением манчестерского «папы», А. С. Рассел читал в 1950 году - ровно через полвека после описываемых здесь событий. И если бы Рассел перенесся воображением в Монреаль 1900 года, он увидел бы двадцатидевятилетнего Резерфорда у подножья очередного подъема к вершине - быть может, и не далекой, но все еще терявшейся в непроглядном тумане. Мы сегодня знаем: тот очередной подъем был решающим. Резерфорд этого не знал.
И никто не знал. А между тем исполнилось уже ровно четыре года с того дня, когда Беккерель начал восхождение.
Так оставим легенду о легкости и простоте. А заодно и образы ученого - альпиниста, следопыта, разведчика. Эти образы только украшают рассказ, но не проясняют психологические трудности исследовательской работы.
Работа, работа! - вот единственно нужное слово, прозаически охватывающее почти всю поэзию исканий ученого.
Моя дорогая девочка, постоянно случается так, что пять вечеров из семи я торчу в лаборатории до 11 или 12 часов ночи и обычно делаю все, чтобы уж осушить стакан до последней капли. В четверг я отослал еще одну пространную статью для печати, которая очень хороша, - так говорю я сам, - и охватывает 1000 новых, прежде и во сне не снившихся фактов… Достаточно сказать, что речь идет о предмете большой научной важности.
Так Резерфорд писал в Крайстчерч незадолго до Нового года. Научный мир узнал об этой тысяче новых фактов немнож- ко позже Мэри: «Philosophical magazine» не очень торопился.
Хотя Дж. Дж. и поторапливал редакцию, сентябрьская статья Резерфорда об эманации тория появилась только в январе, а ноябрьская - «О возбужденной радиоактивности» - в феврале. Этими-то публикациями завершился четвертый и начался пятый год в истории радиоактивности.
Проще всего было бы сказать, что из тех публикаций Резерфорда следовало существование еще двух радиоактивных элементов. (На современном языке - двух новых радиоактивных изотопов.) Такие открытия всегда производили большое впечатление, и не только в научной среде. Их ценность как бы не нуждалась в растолковании. Заселение еще одной пустующей клетки в менделеевской таблице - надо ли к этому что-нибудь прибавлять?! А если можно было прибавить нечто важное - тем лучше. И чем громче было это сопутствующее «нечто», тем шире распространялась молва. Так было с открытием гелия, обнаруженного на Солнце раньше, чем на Земле. Так было с открытием аргона, вместе с которым обнаружилось существование в природе химических элементов, не вступающих в хи- мические реакции. Так было с открытием радия… Мировая известность уже окружала по достоинству имена Марии и Пьера Кюри, когда Эрнст Резерфорд в Монреале не мог решить проблему: что за вещество его странная эманация и что за вещество скрывается за не менее странной «возбужденной радиоактивностью»? Открыв два новых элемента, он утверждать этого, однако, не имел права. И доказано это было позже.
Тогда он уверился лишь в одном: с торием каким-то образом связано возникновение двух новых излучателей. И он показал - они вполне вещественны. По этому поводу ом впервые вступил в полемику с французскими исследователями.
Его ноябрьская статья о «возбужденной радиоактивности» уже лежала в редакции «Philosophical magazine», когда из Европы пришел в Монреаль свежий выпуск «Докладов» Парижской академии. 6 ноября 1899 года супруги Кюри сообщили, что, по их наблюдениям, радий и полоний возбуждают радиоактивность в окружающих предметах!
Резерфорд наверняка был единственным человеком в мире, который не сделал тогда большие глаза, узнав об этом новом радиоактивном сюрпризе. Кюри заговорили об «индуцированной радиоактивности». Резерфорд сразу увидел, что парижане напали на след его «Е. R.». Заметил он и различие: у Кюри отсутствовало промежуточное звено - не было никакой эманации радия. Радий сам наводил радиоактивность в близлежащих телах. То ли эманации в этом случае вообще не существовало, то ли она осталась пока не обнаруженной?.. Но главное - он понял, что французы в ноябре повторили его июльскую ошибку: они решили, что радиоактивность и в самом деле индуцируется в окружающих предметах. Они просто не успели изучить новое явление, как уже изучил его он, Резерфорд. Они остановились на первом шаге. И, несомненно, заблуждаются.
Надо немедленно указать на это.
Снова досадуя, что три тысячи миль отделяют Монреаль от Европы, он со всею поспешностью послал вдогонку своей второй статье авторское примечание. Там была фраза:
Кюри вывели заключение, что полученные результаты обусловлены своего рода фосфоресценцией, которую возбуждает радиация; между тем в случае тория автор показал, что такое теоретическое объяснение неприемлимо.
В этом полемическом примечании было выражено убеждение, пока еще не доказуемое, что всякое новое проявление радиоактивности связано с появлением нового излучающего вещества.
Да, ученый мир еще не мог поздравить профессора Резерфорда с заполнением пустующих клеток в таблице Менделеева. Но зато все сопутствующее этим незавершенным открытиям - «улыбка без кота» из сказки об Алисе - было удивительно. И обе статьи обозначили переломный рубеж в изучении радиоактивности. Так это видится сегодня.
Из «1000 новых, прежде и во сне не снившихся фактов» два ряда фактов вели к решающим последствиям. …Без тория не появлялась эманация. Без эманации не возникало возбужденной радиоактивности. Новые излучающие вещества наблюдались как бы в момент рождения. И при этом не происходило, по-видимому, никаких химических реакций! …Радиация новых излучателей оказалась коротко живущей.
Источник энергии в них иссякал на глазах. (Именно это, по мнению Ирэн Жолио-Кюри, заставило Пьера и Марию считать возбужденную радиоактивность фосфоресценцией.) Впервые появился критерий для сравнения разных радиоактивных веществ по долголетию их излучения. Появилось число! - то, с чего в природоведении начинается настоящее научное знание. Появился период полу… Нет, еще не период полураспада, а период затухания радиации наполовину: 1 минута для эманации, 660 минут для возбужденной радиоактивности. И естественно, зарождалось подозрение, что неиссякающие излучатели - уран, торий, радий - быть может, вовсе не вечны, а просто для них этот период равен многим годам, векам, тысячелетиям… Словом, в самом явлении радиоактивности поубавилось чуда - время показало свою власть и над этим процессом!
А вместе с тем, как хорошо сказал физик Альфред Ромер: «наука о радиоактивности определенно не становилась более простой».
Но это было благодетельное усложнение - так ухудшается состояние больного накануне спасительного криза.
И сегодня кажется, что те необычные факты прямо напрашивались на единственно верное и простое истолкование - надо было только произнести одну фразу: «А ведь алхимики, черт возьми, были в принципе правы!» Но такие фразы нелегко произносятся: раз в тысячу лет…
Все значение тех работ раскрылось сполна двумя годами позже. А тем временем в Монреале сразу увеличилась почта на имя профессора Э. Резерфорда.
Первым пришло письмо, которого он, вероятно, менее всего ожидал. Подчеркнуто дружеское:
…Я вижу, вы по-прежнему работаете над этими пленительными лучами, обещающими такое глубокое проникновение в природу вещей.
И подпись: Хью Л. Коллендэр, F. R. S. (Fellow of Royal Society). И дата - 19 января 1900 года, Лондон. Догадывался ли Коллендэр о психологической тяжбе Резерфорда с монреальцами и о своей роли в том негласном конфликте? Ясно лишь, что не без ревнивого чувства следил он за успехами своего преемника. И верно, почувствовал, что там, в Канаде, на исследовательской кафедре в Физикс-билдинге, вершатся сейчас большие дела. Резерфорд не отказал себе в немножко мстительном удовольствии показать это письмо декану Боуви и другим. В общем нелепая психологическая тяжба явно подошла к концу.
Пришло письмо из Кембриджа - от Таунсенда. В нем прозвучал мотив, прежде, пожалуй, еще не звучавший на Фри Скул лэйн:
Я рад слышать новости о твоих делах. Ты, по-видимому, очень занят. Мне же хочется, чтобы у нас тут появился благоприятный случай поработать вне стен Кавендиша, ибо должен сознаться, что вечная возня с ионами начинает надоедать.
«Должен сознаться… - повторил про себя Резерфорд. - Старику Дж. Дж. ты, конечно, этого не скажешь, дружище!»
Он снова увидел себя в Кавендише - припомнил ту комнату, где два года назад работал бок о бок с Полем Ланжевеном.
Тот давно уже вернулся в Париж. Долговязый Джон Зелени отправился в Америку. Куда-то уже уехал Мак-Клелланд. Теперь, видимо, готовился покинуть Кембридж и Таунсенд… Вот кто никуда не тронется с места - это Си-Ти-Ар со своими туманами и ионами, со своею тихой независимостью и одержимостью. Резерфорд почувствовал, как далеко уже и сам он ушел от Кавендиша по собственному пути. Томсоновцам становилось тесно в томсоновской школе - хотелось новизны.
Он почувствовал это еще раз, совершенно предметно, когда пришло другое письмо из Кембриджа, от Р. Дж. Стрэтта:
Я пытался повторить твои опыты по возбужденной радиоактивности, но безуспешно… Думаю, что тому виной моя окись тория… Пишу, чтобы попросить, если ты сможешь, послать мне немного ториевой окиси, о которой тебе заведомо известно, что она годится для дела.
Эта просьба позабавила Резерфорда и вызвала на его лице довольную ухмылку. А Норман Фезер в своей биографии учителя не удержался от едкого замечания по поводу неудач будущего четвертого барона Рэлея: «Поистине в те ранние времена радиоактивность была занятием для чародеев».
Пришло письмо и от Джона Зелени. Он писал из Миннесотского университета, США:
Я читаю твои работы с превеликим интересом. И я почти готов поверить, что все на свете возможно.
Что имел он в виду, сказав: «все на свете возможно»?
Алхимическую разгадку радиоактивности? Едва ли. Нормальному дисциплинированному сознанию мысль о превращении элементов показалась бы в те времена еще слишком дикой.
В общем он не рискнул договорить…
Гораздо отважней был другой корреспондент Резерфорда.
В мае 1900 года до Монреаля докатилось эхо из Ирландии. …Мы были очень заинтересованы вашими опытами с торием. Существование какого-то истечения из тория кажется несомненным. Эманация по природе своей должна быть ленардовьши или катодными лучами. Вероятно, это претерпевшие разложение электроны - Дж. Дж. предпочитает называть их корпускулами. Я получил немного тория, но все мы здесь слишком ленивы, чтобы пускаться в эксперименты…
И подпись - Джордж Фрэнсис Фицджеральд. Разумеется - F. R. S. Это был тот самый знаменитый Фицджеральд, теоретик из Дублина, который в 1892 году выдвинул для объяснения опыта Майкельсона отчаянно смелое предположение: у движущихся тел в направлении их движения сокращается длина! (Мальчику Альберту Эйнштейну было в том году тринадцать лет, и ровно столько же оставалось до появления теории относительности. Отважный ирландец не дожил до дня, когда его идея была узаконена новой картиной мира: он умер в начале 1901 года - всего пятидесяти лет от роду. Искания молодого Резерфорда были одним из его последних увлечений.) Эманация - претерпевшие разложение электроны! Это была идея не менее отчаянная, чем сокращение длины движущихся тел. Но на сей раз смелость мысли привела Фицджеральда просто к досужей выдумке. И наверное, он это чувствовал: недаром и себя отнес он к числу «ленивых дублинцев», не желающих заниматься утомительным экспериментированием.
Работа, работа!
По-прежнему он продолжал осушать стакан до последней капли. Зимними вечерами внезапное появление в Физикс-билдинге табачного короля было исключено. И возбужденный собственным упрямством и переутомлением, он безоглядно высасывал трубку за трубкой, чтобы стать на якорь. В предвидении близящейся поры отъезда в Новую Зеландию за Мэри он, словно для самооправдания, старался наработаться впрок. Наработаться и накуриться.
Он сознавал, что для решения загадок эманации и возбужденной радиоактивности ему нужно объединить свои усилия с опытным химиком.
Подходящий человек находился под боком - мак-гилльский профессор химии Уоллес Уолкер. Они были приятелями.
Давно уже - с тех пор, как мисс Бирч закрыла, свой пансионат и Резерфорд с Мак-Брайдом перебрались на Юнион-авеню, - к ним присоединился Уолкер. Три профессора снимали «комнаты с завтраком» в одном и том же доме. Резерфорд не сомневался, что Уоллес с готовностью примет его предложение поработать вместе. В конце концов что же могло быть в ту пору привлекательней радиоактивности для молодого исследователя!.. А Уоллес был молод. Он тоже только еще собирался жениться. Невеста ждала его в Шотландии. Резерфорд сделал ему свое предложение зимой: «До наших медовых месяцев полгода, можно многое успеть?»
Но Уоллес Уолкер ответил: нет!
Есть основания думать, что он был обидчиво тщеславен.
Он видел: в содружестве с Резерфордом можно быть только вторым. А ему не хотелось быть вторым!
Ив объясняет отказ Уолкера проще: он был органиком.
Но Оуэнс был электриком. Вряд ли электротехника ближе к радиоактивности, чем органическая химия. Для сути предстоящего дела тогда не имела значения сфера узкой компетенции химика. Важны были лабораторные методы его науки. В органике они отличались еще большей изощренностью, чем в химии неорганической. Дело было не в специальности Уолкера, а в его недальновидности. Сам Ив хорошо сказал о нем: «Он упустил в своей жизни великий шанс».
Впрочем, может быть, и не плохо, что Уолкер сказал «нет»: через год это позволило одареннейшему Фредерику Содди сказать «да».
Но в тот момент нужная помощь не пришла. Резерфорд решил отложить на время дальнейшее исследование эманации и возбужденной радиоактивности. Вызвал демонстратора Мак-Кланга - высоколобого усатого шотландца - и сказал ему, что они займутся сравнительным изучением энергии лучей Рентгена и лучей Беккереля. А заодно посмотрят, сколько требуется энергии на ионизацию газа. Тут химия была ни при чем.
Надо было количественно установить тонкие физические эффекты.
Метод? Он очевиден. Поглощение радиации, хоть и в ничтожной степени, но все же повышает температуру тела. По такому тепловому воздействию лучей можно судить об их энергии. Надо только умудриться со всею доступной точностью зарегистрировать то, чего нельзя измерить никаким обычным термометром. Это уж вопрос техники эксперимента.
Нагревание металлического проводника изменяет его электрическое сопротивление. От этого меняется сила тока в цепи. На таком принципе работает прибор болометр (по-гречески - «измеритель лучей»). Разумно сконструированный, высокочувствительный болометр и стал важнейшим звеном в экспериментальной установке Резерфорда и Мак-Кланга. По отклонениям стрелки электрометра они могли косвенно судить о повышении температуры на одну двухсотую долю градуса цель- сиевой шкалы.
Подробности не существенны. И тонкие физические эффекты занимали Резерфорда в этом исследовании не сами по себе. Как всем, кто соприкасался с радиоактивными веществами, ему хотелось дать оценку энергетических ресурсов этих непрерывных излучателей. Без такой оценки нельзя было строить предположения о природе радиоактивности.
Оставив на время эманацию тория, он шел теперь к самому сердцу проблемы с другой стороны. И снова спешил. И не только потому, что времени было мало, ибо финишировать хотелось до отъезда за Мэри. Как всегда, его гнала вперед нетерпеливая жажда конечных результатов. Оттого-то всю зиму вечерами светились окна на одном из этажей Физикс-билдинга и на профессорском столе за этими окнами таяли пачки трубочного табака с рекламной маркой торговой фирмы Макдональда.
Весной исследование было закончено. Итоги его выглядели довольно скромно: несколько цифр - несколько количественных прикидок, вот и все. Но вообразите предупреждающие надписи на дороге: «Мост 2 тонны!» (больше не выдержит), или: «Впереди обвал - 200 м» (поворачивайте назад). В цифрах Резерфорда и Мак-Кланга была содержательность таких предупреждений. Становилось доказательно ясно, на каких путях бессмысленно искать разгадку радиоактивности. Заключительные страницы их отчетной статьи об этом и трактовали.
Вот минерал уранит. Его радиоактивность не поверхностное свойство. Он излучает всей массой. Это было показано в опытах. Излучает он по крайней мере со дня своего появления на свет в качестве минерала. (Нет нужды гадать, что было раньше.) А каков приблизительно возраст уранита? Об этом нужно было спросить геологов. Те ответили: 10 миллионов лет.
Сегодня это вызывает улыбку - и самый возраст в 10 миллионов лет и то, что справились о нем у геологов. Давно уже геологи справляются у физиков о средней продолжительности жизни радиоактивных элементов, чтобы по таким опорным данным составлять заключения о геологическом возрасте земных пород. Геологи знают: данные физиков неподкупно верны. Но в 1900 году не было даже термина - «средняя продолжительность жизни» или чего-нибудь равнозначного. Точные физики одалживались сведениями у неточных геологов… (Так развивается естествознание: внуки по праву улыбаются наивности дедов, но не путают свою осведомленность с мудростью, ибо знают, что не миновать им таких же улыбок. Только у самой природы сочувственная улыбка никогда не сходит с лица.) Даже сверхзаниженные данные тогдашних геологов позволили Резерфорду и Мак-Клангу вывесить предупредительную надпись на одной из дорог, какие, по мнению иных современников, вели к пониманию радиоактивности.
Если мы предположим, что радиация постоянно испускалась уранитом на ее нынешнем уровне в течение 10 000 000 лет, то каждый грамм урана успел излучить по меньшей мере 300 000 калорий.
Трудно допустить, чтобы такое количество энергии могло быть порождено перегруппировкой атомов или молекулярными рекомбинациями в согласии с обычной теорией химических процессов.
И после рассуждения об энергетических затратах, какие должны были стать уделом мощных излучателей, подобных радию, еще раз - настойчиво и уверенно: …Не за счет химической энергии радиоактивных субстанций должна питаться энергия радиации.
Но, может быть, радий действует как некий трансформатор энергии, поступающей откуда-то извне? Такая мысль многим приходила в голову, и Резерфорд словно предугадывал, что с этой фантастической идеей ему еще придется сталкиваться в будущем. Он отвергал ее заранее, даже не удостаивая подровного обсуждения. По этому поводу в статье была одна только фраза: «Такое предположение едва ли правдоподобно и приводит нас к многочисленным трудностям». Замечательно, что независимо от Резерфорда и с такой же решительностью отвергала эту идею Мария Кюри. (Но не Пьер - он колебался.) Тан был вывешен запрещающий знак еще на одной тупиковой дороге.
Единственный путь был оставлен в той работе открытым - путь в глубины атомов. Это было сделано со ссылкой на «точку зрения, недавно выдвинутую Дж. Дж. Томсоном». Она гласила: атом не прост!
Путь был неблагоустроенным и терялся в непроходимой чаще. Но другого не существовало. И снова - независимо от Резерфорда и даже раньше него, хотя и без удовлетворительных доказательств, - увидела этот путь Мария Кюри. (Впоследствии Фредерик Содди говорил: «Величайшим открытием Пьера Кюри была Мария Склодовская. Ее величайшим открытием была атомарность радиоактивности». Запомним эти слова!) …Статья Резерфорда и Мак-Кланга добралась до берегов Англии в начале лета 1900 года. 15 июня Дж. Дш. препроводил ее в редакцию «Философских трудов Королевского общества».
В это время из профессорского кабинета Резерфорда в Мак-Гилле уже выветрился предосудительный запах табачного дыма. Кабинет был закрыт на ключ. В нем застаивалась тишина. Только хлопала форточка под порывами свежего ветра со Святого Лаврентия. Форточки почему-то любят скрипеть и хлопать в покинутых комнатах.
В один из тех июньских дней на другом конце Земли, где стояла глубокая зима, профессор Эрнст Резерфорд, четвертый сын колесного мастера Джемса и учительницы Марты Резерфорд из Пунгареху, Таранаки, с должной медлительностью покидал полуготический собор в городе своей университетской юности, торжественно и бережно ведя под руку Мэри Джорджину Ньютон, навечно вверенную его попечению и любви единственную дочь покойного Артура Чарльза и здравствующей Мэри де Рензи Ньютон из Крайстчерча, Кентербери.
В душе Резерфорда не было раскаяния, что он не преступил благоразумных правил добропорядочной жизни и потому продлил на столько лет свою разлуку с Мэри и ее тоску.
7
Итак, пришел 1900 год… К какому веку его отнести - к XIX или XX? То был сотый год столетья. Значит - к XIX?Но для современников - психологически - наступил уже новый век.
Стоит напомнить, что квантовая эра в физике родилась вместе с XX столетием: в декабре 1900 года Макс Планк впервые произнес во всеуслышанье слово «квант». Менее заметна выдающаяся роль, какую сыграл 1900 год в появлении новой атомистики, покончившей с многовековым представлением об атомах как о неизменных сущностях.
Парадокс истории: именно тогда, когда возникла идея квантов как неделимых порций энергии, пришло к концу господство идеи атомов как неделимых порций вещества!
Можно утверждать, что приговор старой атомистике был вынесен в 1896 году вместе с открытием радиоактивности. Можно утверждать, что этот приговор был приведен в исполнение в 1902 году, когда появилась теория радиоактивного распада атомов. Недаром она была тотчас названа теорией «дезинтеграции материи» и теорией «превращения элементов». Старую атомистику осудила природа. Осудила обычным способом, показав ученым круг явлений, прежде им неизвестных. Но понадобилось шесть лет, чтобы прочитать уже вынесенный приговор. Ничего странного: он был написан на никому еще не ведомом языке внутриатомных событий. Это было труднее, чем расшифровать дощечки с острова Пасхи.
Впрочем, существует другое мнение.
Нескончаемый список везучестей Резерфорда один мемуарист пополнил довольно неожиданным пунктом:
Счастьем было и то, что радиоактивность оказалась таким простым предметом. Как замечательно, что она была явлением атомным, а не молекулярным; что на самопроизвольность распада не влияли никакие химические или физические условия; что этот распад во всех случаях следовал только одному закону; что распадающийся атом никогда не испускал в один присест больше одной частицы; что в общем существовали только два рода частиц!
Эту мысль можно было выразить и короче, просто сказав: как замечательно, что радиоактивность оказалась тем, чем она была! Или чуть по-другому, как великолепно, что природа устроила атомы именно так, как она их устроила!.. Вот если бы еще и знать заранее, как же она их устроила?!
Нетрудно догадаться: эти слова о простоте постижения радиоактивности были произнесены после того, как все стало ясно. Труднее поверить, что их произнес ученик и сотрудник Резерфорда - известный радиохимик А. С. Рассел. Они сошли бы за шутку, если б не были сказаны патетически. Рассел совершил логическую оплошность: если и правда, что физическая картина радиоактивного распада относительно проста, то разве отсюда следует, что и узнать это было просто? До вершины Эвереста меньше девяти километров по вертикали, но стоит ли утверждать, что ее покорителям Тенсингу и Ханту повезло?
А. С. Рассел не работал в Монреале. Он стал одним из «мальчиков Резерфорда» позже - в дни Манчестера. Но вся история радиоактивности прошла на его глазах. Он сам принимал деятельное участие в открытии Закона Смещения - простейшего из законов радиоактивных превращений: испуская альфа-частицу, атом теряет два положительных заряда и потому смещается в таблице Менделеева на две клеточки влево, а испуская бета-частицу, атом теряет один отрицательный заряд и его положительная заряженность становится на единицу больше - он перемещается в таблице элементов на одну клеточку вправо. Вот и все. Даже не закон, а нечто вроде правила для запоминания. Зная современный принцип построения периодической системы Менделеева, любой школьник может сегодня вывести Закон Смещения прямо на уроке. Ему придется поморщить лоб минуты две - не больше… Но Рассел, лучше чем кто бы то ни было, знал, что в 10-х годах этот пустяк не дался в руки ученым сразу. Еще не было законченной теории атома Резерфорда - Бора, и принцип чередования элементов в менделеевской таблице оставался невыясненным. И Закон Смещения нельзя было вывести простым сложением или вычитанием зарядов. Его требовалось открыть и доказать! Четыре высоколобых исследователя - Содди, Фаянс, Флек и сам Рассел - два года вертели проблему в руках, прежде чем все стало ясно. И Рассел помнил всю жизнь, как одно смешное заблуждение (сегодня - смешное!) по.мешало ему дойти до ясного понимания «такого простого предмета»: он не был уверен, что цепочка элементов от 1-го до 92-го - от водорода до урана - непрерывна, что в ней обязательно должны быть все звенья. И потому-то Закон Смещения сохранился в истории науки под именем закона Фаянса-Содди - только Фаянса и Содди!..
«Знаю я эту милую простоту!» - сказано было в одной старой пьесе. А история физики - очень старая пьеса, всего более похожая на драму.
Свою мемориальную лекцию о Резерфорде, исполненную почти религиозного восторга перед личностью и гением манчестерского «папы», А. С. Рассел читал в 1950 году - ровно через полвека после описываемых здесь событий. И если бы Рассел перенесся воображением в Монреаль 1900 года, он увидел бы двадцатидевятилетнего Резерфорда у подножья очередного подъема к вершине - быть может, и не далекой, но все еще терявшейся в непроглядном тумане. Мы сегодня знаем: тот очередной подъем был решающим. Резерфорд этого не знал.
И никто не знал. А между тем исполнилось уже ровно четыре года с того дня, когда Беккерель начал восхождение.
Так оставим легенду о легкости и простоте. А заодно и образы ученого - альпиниста, следопыта, разведчика. Эти образы только украшают рассказ, но не проясняют психологические трудности исследовательской работы.
Работа, работа! - вот единственно нужное слово, прозаически охватывающее почти всю поэзию исканий ученого.
Моя дорогая девочка, постоянно случается так, что пять вечеров из семи я торчу в лаборатории до 11 или 12 часов ночи и обычно делаю все, чтобы уж осушить стакан до последней капли. В четверг я отослал еще одну пространную статью для печати, которая очень хороша, - так говорю я сам, - и охватывает 1000 новых, прежде и во сне не снившихся фактов… Достаточно сказать, что речь идет о предмете большой научной важности.
Так Резерфорд писал в Крайстчерч незадолго до Нового года. Научный мир узнал об этой тысяче новых фактов немнож- ко позже Мэри: «Philosophical magazine» не очень торопился.
Хотя Дж. Дж. и поторапливал редакцию, сентябрьская статья Резерфорда об эманации тория появилась только в январе, а ноябрьская - «О возбужденной радиоактивности» - в феврале. Этими-то публикациями завершился четвертый и начался пятый год в истории радиоактивности.
Проще всего было бы сказать, что из тех публикаций Резерфорда следовало существование еще двух радиоактивных элементов. (На современном языке - двух новых радиоактивных изотопов.) Такие открытия всегда производили большое впечатление, и не только в научной среде. Их ценность как бы не нуждалась в растолковании. Заселение еще одной пустующей клетки в менделеевской таблице - надо ли к этому что-нибудь прибавлять?! А если можно было прибавить нечто важное - тем лучше. И чем громче было это сопутствующее «нечто», тем шире распространялась молва. Так было с открытием гелия, обнаруженного на Солнце раньше, чем на Земле. Так было с открытием аргона, вместе с которым обнаружилось существование в природе химических элементов, не вступающих в хи- мические реакции. Так было с открытием радия… Мировая известность уже окружала по достоинству имена Марии и Пьера Кюри, когда Эрнст Резерфорд в Монреале не мог решить проблему: что за вещество его странная эманация и что за вещество скрывается за не менее странной «возбужденной радиоактивностью»? Открыв два новых элемента, он утверждать этого, однако, не имел права. И доказано это было позже.
Тогда он уверился лишь в одном: с торием каким-то образом связано возникновение двух новых излучателей. И он показал - они вполне вещественны. По этому поводу ом впервые вступил в полемику с французскими исследователями.
Его ноябрьская статья о «возбужденной радиоактивности» уже лежала в редакции «Philosophical magazine», когда из Европы пришел в Монреаль свежий выпуск «Докладов» Парижской академии. 6 ноября 1899 года супруги Кюри сообщили, что, по их наблюдениям, радий и полоний возбуждают радиоактивность в окружающих предметах!
Резерфорд наверняка был единственным человеком в мире, который не сделал тогда большие глаза, узнав об этом новом радиоактивном сюрпризе. Кюри заговорили об «индуцированной радиоактивности». Резерфорд сразу увидел, что парижане напали на след его «Е. R.». Заметил он и различие: у Кюри отсутствовало промежуточное звено - не было никакой эманации радия. Радий сам наводил радиоактивность в близлежащих телах. То ли эманации в этом случае вообще не существовало, то ли она осталась пока не обнаруженной?.. Но главное - он понял, что французы в ноябре повторили его июльскую ошибку: они решили, что радиоактивность и в самом деле индуцируется в окружающих предметах. Они просто не успели изучить новое явление, как уже изучил его он, Резерфорд. Они остановились на первом шаге. И, несомненно, заблуждаются.
Надо немедленно указать на это.
Снова досадуя, что три тысячи миль отделяют Монреаль от Европы, он со всею поспешностью послал вдогонку своей второй статье авторское примечание. Там была фраза:
Кюри вывели заключение, что полученные результаты обусловлены своего рода фосфоресценцией, которую возбуждает радиация; между тем в случае тория автор показал, что такое теоретическое объяснение неприемлимо.
В этом полемическом примечании было выражено убеждение, пока еще не доказуемое, что всякое новое проявление радиоактивности связано с появлением нового излучающего вещества.
Да, ученый мир еще не мог поздравить профессора Резерфорда с заполнением пустующих клеток в таблице Менделеева. Но зато все сопутствующее этим незавершенным открытиям - «улыбка без кота» из сказки об Алисе - было удивительно. И обе статьи обозначили переломный рубеж в изучении радиоактивности. Так это видится сегодня.
Из «1000 новых, прежде и во сне не снившихся фактов» два ряда фактов вели к решающим последствиям. …Без тория не появлялась эманация. Без эманации не возникало возбужденной радиоактивности. Новые излучающие вещества наблюдались как бы в момент рождения. И при этом не происходило, по-видимому, никаких химических реакций! …Радиация новых излучателей оказалась коротко живущей.
Источник энергии в них иссякал на глазах. (Именно это, по мнению Ирэн Жолио-Кюри, заставило Пьера и Марию считать возбужденную радиоактивность фосфоресценцией.) Впервые появился критерий для сравнения разных радиоактивных веществ по долголетию их излучения. Появилось число! - то, с чего в природоведении начинается настоящее научное знание. Появился период полу… Нет, еще не период полураспада, а период затухания радиации наполовину: 1 минута для эманации, 660 минут для возбужденной радиоактивности. И естественно, зарождалось подозрение, что неиссякающие излучатели - уран, торий, радий - быть может, вовсе не вечны, а просто для них этот период равен многим годам, векам, тысячелетиям… Словом, в самом явлении радиоактивности поубавилось чуда - время показало свою власть и над этим процессом!
А вместе с тем, как хорошо сказал физик Альфред Ромер: «наука о радиоактивности определенно не становилась более простой».
Но это было благодетельное усложнение - так ухудшается состояние больного накануне спасительного криза.
И сегодня кажется, что те необычные факты прямо напрашивались на единственно верное и простое истолкование - надо было только произнести одну фразу: «А ведь алхимики, черт возьми, были в принципе правы!» Но такие фразы нелегко произносятся: раз в тысячу лет…
Все значение тех работ раскрылось сполна двумя годами позже. А тем временем в Монреале сразу увеличилась почта на имя профессора Э. Резерфорда.
Первым пришло письмо, которого он, вероятно, менее всего ожидал. Подчеркнуто дружеское:
…Я вижу, вы по-прежнему работаете над этими пленительными лучами, обещающими такое глубокое проникновение в природу вещей.
И подпись: Хью Л. Коллендэр, F. R. S. (Fellow of Royal Society). И дата - 19 января 1900 года, Лондон. Догадывался ли Коллендэр о психологической тяжбе Резерфорда с монреальцами и о своей роли в том негласном конфликте? Ясно лишь, что не без ревнивого чувства следил он за успехами своего преемника. И верно, почувствовал, что там, в Канаде, на исследовательской кафедре в Физикс-билдинге, вершатся сейчас большие дела. Резерфорд не отказал себе в немножко мстительном удовольствии показать это письмо декану Боуви и другим. В общем нелепая психологическая тяжба явно подошла к концу.
Пришло письмо из Кембриджа - от Таунсенда. В нем прозвучал мотив, прежде, пожалуй, еще не звучавший на Фри Скул лэйн:
Я рад слышать новости о твоих делах. Ты, по-видимому, очень занят. Мне же хочется, чтобы у нас тут появился благоприятный случай поработать вне стен Кавендиша, ибо должен сознаться, что вечная возня с ионами начинает надоедать.
«Должен сознаться… - повторил про себя Резерфорд. - Старику Дж. Дж. ты, конечно, этого не скажешь, дружище!»
Он снова увидел себя в Кавендише - припомнил ту комнату, где два года назад работал бок о бок с Полем Ланжевеном.
Тот давно уже вернулся в Париж. Долговязый Джон Зелени отправился в Америку. Куда-то уже уехал Мак-Клелланд. Теперь, видимо, готовился покинуть Кембридж и Таунсенд… Вот кто никуда не тронется с места - это Си-Ти-Ар со своими туманами и ионами, со своею тихой независимостью и одержимостью. Резерфорд почувствовал, как далеко уже и сам он ушел от Кавендиша по собственному пути. Томсоновцам становилось тесно в томсоновской школе - хотелось новизны.
Он почувствовал это еще раз, совершенно предметно, когда пришло другое письмо из Кембриджа, от Р. Дж. Стрэтта:
Я пытался повторить твои опыты по возбужденной радиоактивности, но безуспешно… Думаю, что тому виной моя окись тория… Пишу, чтобы попросить, если ты сможешь, послать мне немного ториевой окиси, о которой тебе заведомо известно, что она годится для дела.
Эта просьба позабавила Резерфорда и вызвала на его лице довольную ухмылку. А Норман Фезер в своей биографии учителя не удержался от едкого замечания по поводу неудач будущего четвертого барона Рэлея: «Поистине в те ранние времена радиоактивность была занятием для чародеев».
Пришло письмо и от Джона Зелени. Он писал из Миннесотского университета, США:
Я читаю твои работы с превеликим интересом. И я почти готов поверить, что все на свете возможно.
Что имел он в виду, сказав: «все на свете возможно»?
Алхимическую разгадку радиоактивности? Едва ли. Нормальному дисциплинированному сознанию мысль о превращении элементов показалась бы в те времена еще слишком дикой.
В общем он не рискнул договорить…
Гораздо отважней был другой корреспондент Резерфорда.
В мае 1900 года до Монреаля докатилось эхо из Ирландии. …Мы были очень заинтересованы вашими опытами с торием. Существование какого-то истечения из тория кажется несомненным. Эманация по природе своей должна быть ленардовьши или катодными лучами. Вероятно, это претерпевшие разложение электроны - Дж. Дж. предпочитает называть их корпускулами. Я получил немного тория, но все мы здесь слишком ленивы, чтобы пускаться в эксперименты…
И подпись - Джордж Фрэнсис Фицджеральд. Разумеется - F. R. S. Это был тот самый знаменитый Фицджеральд, теоретик из Дублина, который в 1892 году выдвинул для объяснения опыта Майкельсона отчаянно смелое предположение: у движущихся тел в направлении их движения сокращается длина! (Мальчику Альберту Эйнштейну было в том году тринадцать лет, и ровно столько же оставалось до появления теории относительности. Отважный ирландец не дожил до дня, когда его идея была узаконена новой картиной мира: он умер в начале 1901 года - всего пятидесяти лет от роду. Искания молодого Резерфорда были одним из его последних увлечений.) Эманация - претерпевшие разложение электроны! Это была идея не менее отчаянная, чем сокращение длины движущихся тел. Но на сей раз смелость мысли привела Фицджеральда просто к досужей выдумке. И наверное, он это чувствовал: недаром и себя отнес он к числу «ленивых дублинцев», не желающих заниматься утомительным экспериментированием.
8
…А Резерфорд продолжал заниматься утомительным экспериментированием.Работа, работа!
По-прежнему он продолжал осушать стакан до последней капли. Зимними вечерами внезапное появление в Физикс-билдинге табачного короля было исключено. И возбужденный собственным упрямством и переутомлением, он безоглядно высасывал трубку за трубкой, чтобы стать на якорь. В предвидении близящейся поры отъезда в Новую Зеландию за Мэри он, словно для самооправдания, старался наработаться впрок. Наработаться и накуриться.
Он сознавал, что для решения загадок эманации и возбужденной радиоактивности ему нужно объединить свои усилия с опытным химиком.
Подходящий человек находился под боком - мак-гилльский профессор химии Уоллес Уолкер. Они были приятелями.
Давно уже - с тех пор, как мисс Бирч закрыла, свой пансионат и Резерфорд с Мак-Брайдом перебрались на Юнион-авеню, - к ним присоединился Уолкер. Три профессора снимали «комнаты с завтраком» в одном и том же доме. Резерфорд не сомневался, что Уоллес с готовностью примет его предложение поработать вместе. В конце концов что же могло быть в ту пору привлекательней радиоактивности для молодого исследователя!.. А Уоллес был молод. Он тоже только еще собирался жениться. Невеста ждала его в Шотландии. Резерфорд сделал ему свое предложение зимой: «До наших медовых месяцев полгода, можно многое успеть?»
Но Уоллес Уолкер ответил: нет!
Есть основания думать, что он был обидчиво тщеславен.
Он видел: в содружестве с Резерфордом можно быть только вторым. А ему не хотелось быть вторым!
Ив объясняет отказ Уолкера проще: он был органиком.
Но Оуэнс был электриком. Вряд ли электротехника ближе к радиоактивности, чем органическая химия. Для сути предстоящего дела тогда не имела значения сфера узкой компетенции химика. Важны были лабораторные методы его науки. В органике они отличались еще большей изощренностью, чем в химии неорганической. Дело было не в специальности Уолкера, а в его недальновидности. Сам Ив хорошо сказал о нем: «Он упустил в своей жизни великий шанс».
Впрочем, может быть, и не плохо, что Уолкер сказал «нет»: через год это позволило одареннейшему Фредерику Содди сказать «да».
Но в тот момент нужная помощь не пришла. Резерфорд решил отложить на время дальнейшее исследование эманации и возбужденной радиоактивности. Вызвал демонстратора Мак-Кланга - высоколобого усатого шотландца - и сказал ему, что они займутся сравнительным изучением энергии лучей Рентгена и лучей Беккереля. А заодно посмотрят, сколько требуется энергии на ионизацию газа. Тут химия была ни при чем.
Надо было количественно установить тонкие физические эффекты.
Метод? Он очевиден. Поглощение радиации, хоть и в ничтожной степени, но все же повышает температуру тела. По такому тепловому воздействию лучей можно судить об их энергии. Надо только умудриться со всею доступной точностью зарегистрировать то, чего нельзя измерить никаким обычным термометром. Это уж вопрос техники эксперимента.
Нагревание металлического проводника изменяет его электрическое сопротивление. От этого меняется сила тока в цепи. На таком принципе работает прибор болометр (по-гречески - «измеритель лучей»). Разумно сконструированный, высокочувствительный болометр и стал важнейшим звеном в экспериментальной установке Резерфорда и Мак-Кланга. По отклонениям стрелки электрометра они могли косвенно судить о повышении температуры на одну двухсотую долю градуса цель- сиевой шкалы.
Подробности не существенны. И тонкие физические эффекты занимали Резерфорда в этом исследовании не сами по себе. Как всем, кто соприкасался с радиоактивными веществами, ему хотелось дать оценку энергетических ресурсов этих непрерывных излучателей. Без такой оценки нельзя было строить предположения о природе радиоактивности.
Оставив на время эманацию тория, он шел теперь к самому сердцу проблемы с другой стороны. И снова спешил. И не только потому, что времени было мало, ибо финишировать хотелось до отъезда за Мэри. Как всегда, его гнала вперед нетерпеливая жажда конечных результатов. Оттого-то всю зиму вечерами светились окна на одном из этажей Физикс-билдинга и на профессорском столе за этими окнами таяли пачки трубочного табака с рекламной маркой торговой фирмы Макдональда.
Весной исследование было закончено. Итоги его выглядели довольно скромно: несколько цифр - несколько количественных прикидок, вот и все. Но вообразите предупреждающие надписи на дороге: «Мост 2 тонны!» (больше не выдержит), или: «Впереди обвал - 200 м» (поворачивайте назад). В цифрах Резерфорда и Мак-Кланга была содержательность таких предупреждений. Становилось доказательно ясно, на каких путях бессмысленно искать разгадку радиоактивности. Заключительные страницы их отчетной статьи об этом и трактовали.
Вот минерал уранит. Его радиоактивность не поверхностное свойство. Он излучает всей массой. Это было показано в опытах. Излучает он по крайней мере со дня своего появления на свет в качестве минерала. (Нет нужды гадать, что было раньше.) А каков приблизительно возраст уранита? Об этом нужно было спросить геологов. Те ответили: 10 миллионов лет.
Сегодня это вызывает улыбку - и самый возраст в 10 миллионов лет и то, что справились о нем у геологов. Давно уже геологи справляются у физиков о средней продолжительности жизни радиоактивных элементов, чтобы по таким опорным данным составлять заключения о геологическом возрасте земных пород. Геологи знают: данные физиков неподкупно верны. Но в 1900 году не было даже термина - «средняя продолжительность жизни» или чего-нибудь равнозначного. Точные физики одалживались сведениями у неточных геологов… (Так развивается естествознание: внуки по праву улыбаются наивности дедов, но не путают свою осведомленность с мудростью, ибо знают, что не миновать им таких же улыбок. Только у самой природы сочувственная улыбка никогда не сходит с лица.) Даже сверхзаниженные данные тогдашних геологов позволили Резерфорду и Мак-Клангу вывесить предупредительную надпись на одной из дорог, какие, по мнению иных современников, вели к пониманию радиоактивности.
Если мы предположим, что радиация постоянно испускалась уранитом на ее нынешнем уровне в течение 10 000 000 лет, то каждый грамм урана успел излучить по меньшей мере 300 000 калорий.
Трудно допустить, чтобы такое количество энергии могло быть порождено перегруппировкой атомов или молекулярными рекомбинациями в согласии с обычной теорией химических процессов.
И после рассуждения об энергетических затратах, какие должны были стать уделом мощных излучателей, подобных радию, еще раз - настойчиво и уверенно: …Не за счет химической энергии радиоактивных субстанций должна питаться энергия радиации.
Но, может быть, радий действует как некий трансформатор энергии, поступающей откуда-то извне? Такая мысль многим приходила в голову, и Резерфорд словно предугадывал, что с этой фантастической идеей ему еще придется сталкиваться в будущем. Он отвергал ее заранее, даже не удостаивая подровного обсуждения. По этому поводу в статье была одна только фраза: «Такое предположение едва ли правдоподобно и приводит нас к многочисленным трудностям». Замечательно, что независимо от Резерфорда и с такой же решительностью отвергала эту идею Мария Кюри. (Но не Пьер - он колебался.) Тан был вывешен запрещающий знак еще на одной тупиковой дороге.
Единственный путь был оставлен в той работе открытым - путь в глубины атомов. Это было сделано со ссылкой на «точку зрения, недавно выдвинутую Дж. Дж. Томсоном». Она гласила: атом не прост!
Путь был неблагоустроенным и терялся в непроходимой чаще. Но другого не существовало. И снова - независимо от Резерфорда и даже раньше него, хотя и без удовлетворительных доказательств, - увидела этот путь Мария Кюри. (Впоследствии Фредерик Содди говорил: «Величайшим открытием Пьера Кюри была Мария Склодовская. Ее величайшим открытием была атомарность радиоактивности». Запомним эти слова!) …Статья Резерфорда и Мак-Кланга добралась до берегов Англии в начале лета 1900 года. 15 июня Дж. Дш. препроводил ее в редакцию «Философских трудов Королевского общества».
В это время из профессорского кабинета Резерфорда в Мак-Гилле уже выветрился предосудительный запах табачного дыма. Кабинет был закрыт на ключ. В нем застаивалась тишина. Только хлопала форточка под порывами свежего ветра со Святого Лаврентия. Форточки почему-то любят скрипеть и хлопать в покинутых комнатах.
В один из тех июньских дней на другом конце Земли, где стояла глубокая зима, профессор Эрнст Резерфорд, четвертый сын колесного мастера Джемса и учительницы Марты Резерфорд из Пунгареху, Таранаки, с должной медлительностью покидал полуготический собор в городе своей университетской юности, торжественно и бережно ведя под руку Мэри Джорджину Ньютон, навечно вверенную его попечению и любви единственную дочь покойного Артура Чарльза и здравствующей Мэри де Рензи Ньютон из Крайстчерча, Кентербери.