Страница:
А потом, уже в феврале 1909 года, было чествование нового лауреата дома - в университете Виктории. Из Кембриджа приехал Дж. Дж. Тонкими пальцами откидывал назад длинные волосы и легким движением кисти поправлял очки.
И так же, как это бывало прежде, Резерфорд чувствовал себя рядом с ним не совсем отесанным парнем и в тяжеловесной силе своей ощущал какую-то грубоватость. Когда Дж. Дж. произносил речь на торжественном обеде в Уитуортс-холле, Резерфорд, сидевший рядом, даже достал из кармана очки - для самоутешения. Но на его носу они напоминали не об избыточно-книжном детстве, а о нормальном вступлении в ту пору жизни, за которой начинается старость. И завелись они в его кармане так недавно, что обращаться с ними непринужденно он еще не умел. Самоутешения не получилось. А потом он перестал об этом думать: Дж. Дж. с мягким энтузиазмом говорил о нем прекрасные вещи, и он заслушался…
Был он шестым из учеников Дж. Дж., уже успевших стать членами Королевского общества, и первым, получившим Нобелевскую премию. А старик - в этом году исполнялось четверть века его директорства в Кавендише - коллекционировал успехи учеников, как собственные. И чувствовалось, что само существование «профессора Резерфорда - ученика Томсона» доставляет старику удовольствие. И несказанно приятно было слышать:
Взволнованно отвечая Дж. Дж., профессор Резерфорд сказал, что «начиная с 1896 года в физике происходит революция». Но тут же уподобил прогресс в науке не победному шествию завоевателя, а «движению человека, идущего через топкие болота с редкими островками твердой земли». Это был странный образ в устах исследователя, делающего революцию!
И уж совсем не банкетный. Однако - точный.
Он знал, что говорил.
Он знал, что после окончания этого банкета, когда университетские деятели разойдутся по домам, а высокие гости разъедутся по отелям, ему обязательно захочется, прихватив с собою неизменно трезвого доктора Гейгера, хотя бы на десять минут заглянуть в лабораторию. Он знал, что в столь поздний час приземистый кирпичный корпус встретит его рядами темных окон, но что одно окно покажется ему темнее прочих, ибо должно быть зашторено с удвоенным тщанием: там бессонно продолжает наблюдения над альфа-сцинцилляциями самый юный из его мальчиков - покуда еще не доктор, не магистр, не бакалазр, а всего лишь способнейший парень, хэтфилдский стипендиат, двадцатилетний Эрни Марсден, по малости заслуг даже не удостоившийся приглашения на чествование шефа.
Удивится ли Марсден его позднему вторжению? Разумеется, нет. А что ответит на обычное - «Ну как дела, мой мальчик?»? Неужели снова - только обычное: «хорошо», означающее, что установка работает исправно. А может быть, у него уже окажется в руках вполне определенный ответ: «Да, профессор, вы были правы!» Или: «Нет, профессор, желанный эффект не наблюдается…» Какой ответ вероятней?
Вот зтого-то он, Резерфорд, сведущий в альфа-частицах и их поведении больше, чем кто бы то ни было в любой лаборатории мира, этого-то он на сей раз даже приблизительно не знал. А от любого ответа юнца - особенно положительного - зависело очень многое. Возбужденный вином и речами, Резерфорд готов был отправиться к Марсдену, не дожидаясь конца банкета.
Он помогал Гейгеру. Был ассистентом ассистента. Попросту лаборантом, но того толка, что умеют работать головой не хуже, чем руками. Однако Резерфорд незаметно привык относиться к нему, как к школьнику, и целый год, по-видимому, не слишком принимал его всерьез. И лишь незадолго до поездки в Стокгольм вдруг понял, что Марсден - взрослый человек со зрелым чувством ответственности. Он понял это, нечаянно оскорбив его несправедливостью - одной из тех, какими в приступах гнева оскорблял он многих.
Случилось это как раз в те дни, когда он и Ройдс нервно ожидали появления гелиевых линий в спектре альфа-газа. Вся лаборатория с интересом ждала тогда исхода начавшегося эксперимента. Осаждать вопросами шефа решались немногие, а замученный вопросами Ройдс стал огрызаться. Проще было зайти по мнимому делу в его комнату и как бы между прочим прильнуть к окуляру спектроскопа, чтобы самому увидеть - засветились, наконец, линии гелия или нет. Кто-то из любопытствующих второпях сдвинул призму спектроскопа.
Марсден, работавший по соседству у оптического столика, ничего не заметил. Но вдруг он услышал рычание Резерфорда и проклятья и тотчас почувствовал на своей шее, сзади, крепкую руку шефа: «Вы двигали эту призму?!» Марсден тихо выдавил: «Нет».
Он так произнес это честное «нет», что шеф, не оглядываясь, молча, покинул комнату. А спустя полчаса вошел снова - уселся рядом и без предисловий попросил простить его.
Марсден полагал, что за эти полчаса шеф, «должно быть, нашел истинного преступника». Но больше похоже на правду другое: это время понадобилось шефу, чтобы осудить, остудить и устыдить себя самого. В 1949 году, в 4-й мемориальной лекции о Резерфорде, профессор Веллингтонского колледжа Ново-зеландского университета шестидесятилетний сэр Эрнст Марсден сказал. «Вы оцените его поступок, если я добавлю, что мне было в то время всего девятнадцать лет».
…Он мог бы прихвастнуть, что ему уже все двадцать, когда после возвращения из Стокгольма Резерфорд решил довериться его созревшей самостоятельности. Шел 1909 год.
Ганс Гейгер работал над проблемой № 7 - «Рассеяние альфа-частиц». Марсден, как повелось, ассистировал.
Очередь до этого многообещающего пункта в резерфордовской программе исследований дошла естественно. Только теперь, когда с таким успехом была решена проблема № 21 и появились целых два метода регистрации альфа-частиц, можно было по-настоящему заняться изучением их поведения в веществе. Почему узкий пучок альфа-частиц, пронизав слой вещества, перестает быть таким же узким, как прежде?
Помните, Резерфорду хотелось это узнать еще в Монреале, когда летом 1906 года он впервые заметил совсем пустяковый эффект рассеяния - расширение альфа-луча примерно на 2 градуса после выхода из тончайшей слюдяной пластинки. Он пришел тогда к важному выводу: атомы вещества - средоточия сильных электрических полей. Иначе не понять, как атомам удается отклонять тяжелую и стремительную альфа-частицу от прямолинейного полета, когда она летит мимо них.
Мимо? Да, так это выглядело. И вправду - что же иное можно сказать о частицах, сумевших насквозь пронизать вещество пластинки? Раз уж «насквозь», значит наверняка «мимо» атомов.
Так что же такое атомы? Как их надо себе представлять?
Короче: как же устроены эти электрические микросистемы?
Проблема была не нова. Над нею задумывался еще Фарадей. Над нею.размышляли многие исследователи. Физики и философы. Умы великие и умы посредственные. Но старые вопросы приобрели теперь совершенно новое звучание. Впервые вся эта громадная проблема превращалась из умозрительной в экспериментальную. Альфа-частицы и в самом деле обернулись тонким инструментом для прощупывания незримых атомных миров.
Началось с продолжения монреальских опытов 1906 года.
Все началось последовательно и логично.
Логично было посмотреть, как рассеиваются альфа-частицы не слюдой, чей химический состав довольно сложен, а простыми веществами - скоплениями одинаковых атомов. Логично было поискать зависимость между картиной рассеяния и атомным весом рассеивателя. Логично было выявить связь между толщиной рассеивающего слоя и углами отклонения частиц. Словом, логично было обследовать эффект всесторонне, прежде чем делать решающие выводы. И неизвестно, сколько «изнуряюще нудного труда» выпало бы на долю Гейгера и Марсдена и сколько времени блуждал бы Резерфорд по трясине мелких наблюдений, пока дошел бы черед до твердой земли, да и вообще неизвестно, добрался ли бы он в Манчестере до твердой земли, если бы…
Снова это услужливое «если бы»! Право, можно подумать, что у случая нет других забот, кроме как помогать ищущим поскорее добираться до цели: биографии ученых полны чудесно-ускоряющими «если бы». Но не оттого ли это так, что историю науки пишут не те, кто ее делал? Делавших уже не расспросить о подробностях. А в них-то и прячется необходимость - подспудная, неразговорчивая, отлично умеющая обернуться случайностью большого события. Мы же с детской готовностью поддаемся обману: необходимость буднична, как паутина, а случай праздничен, как выигрыш в лотерее. Но даже, когда случай и вправду случай, напрасно думать, будто избранник небрежно запускает руку в барабан и без промаха вытаскивает билетик с номером. Этому предшествует перебор пустышек. Долгий ли, короткий ли перебор, но такой, что в пору мозоли набить на пальцах! И пустышки сполна оплачены - работойт нервами, временем - всем, что называется жизнью.
Гейгер и Марсден поначалу работали на старой, распластанной в длину экспериментальной установке, так хорошо служившей счету альфа-частиц. 4,5-метровая стеклянная трубка с препаратом радия в дальнем конце по-прежнему играла роль альфа-провода: из сферического облака разлетавшихся во все стороны альфа-частиц она вырезала узкий луч и направляла его на мишень. А за мишенью пронизавшие ее частицы встречали сцинцилляционный экран. Но теперь уже надо было не только считать звездочки вспышек: важна была картина возникавших па экране созвездий - распределение альфа-частиц по разным углам отклонения от оси луча.
Сменялись мишени - листки металлической фольги.
Проходили испытание атомы восьми чистых металлов - от легкого алюминия (атомный вес 27) до тяжелого свинца (атомный вес 207). Сменялись мишени однослойные, двухслойные, многослойные. Как и в монреальских опытах Резерфорда, наиболее вероятный угол рассеяния всякий раз бывал невелик: 1-2 градуса. Но, хоть и в нешироких преде пах, он, конечно, менялся от мишени к мишени. И к февралю Гейгер уже вывел заключение, что этот угол - мера рассеяния - тем больше, чем тяжелее рассеивающие атомы. Рассеяние возрастало и с увеличением числа атомов, мимо которых пролетала частица. Иначе говоря, оно было тем больше, чем многослойней была мишень. В общем, по мнению Гейгера, уже можно было утверждать: наиболее вероятный угол отклонения частиц варьирует, как квадратный корень из атомного веса вещества и как квадратный корень из толщины рассеивателя.
Разумеется, эта информация была интересна и важна, как интересны и важны данные любых достоверных научных опытов. Кстати, тогда же, в других лабораториях другие физики изучали рассеяние в веществе легких бета-частиц - электронов. В Дублине этим занимался давний кавендишевский приятель Резерфорда Мак-Клелланд.
В Германии - эрлангенский Шмидт. Оба обнаружили закономерности, сходные с гейгеровскими, только менее рельефные. Тяжелые альфа-частицы, несущие двойной заряд, оказались гораздо чувствительней к различиям в атомном весе рассеивателей: при переходе от алюминия к золоту эффект для электронов увеличивался в два раза, а для альфа-частиц - в двадцать раз!
Да, конечно, все это были полезные сведения. Но что давали они для конструктивных размышлений об устройстве атомных миров? Экспериментально подтверждалось нечто заведомо очевидное: чем тяжелее атомы, тем сильнее их электрические поля. (Ибо слеплены такие атомы природой из большего количества электрически заряженной материи.) Это был почти трюизм.
Иначе говоря, история открытия атомного ядра началась довольно уныло. Но вот однажды - по-видимому, в начале февраля 1909 года - в эту историю вмешалось только что упоминавшееся счастливое «если бы»…
Оно явилось в досадном обличье.
Уже давно, в первых же опытах по рассеянию, Гейгер и его юный помощник столкнулись с непредвиденной трудностью: им часто не удавалось получить на сцинцилляционном экране за мишенью картину рассеяния устойчивых очертаний. Так можно понять Марсдена, вспоминавшего, что у них не получалась constant fugure - «постоянная картина»: сцинцилляции нет-нет да и вспыхивали где-то в стороне от оси луча, показывая, что есть частицы, вылетающие из мишени куда-то вбок. Но это значило, что они и падали на мишень не под прямым углом, как весь луч, а откуда-то сбоку. Хотя их было немного, они все же путали статистику. Они загрязняли опыт и вызывали досаду.
Гейгер и Марсден предположили, что всему виною невидимые глазу неровности - «молекулярные опухоли» - на стек-лянных стенках 4,5-метрового альфа-провода: частицы, летящие от источника вдоль стенок, пронизывают эти неровности или касаются их, в обоих случаях претерпевая рассеяние.
К мишени они подлетают уже не под прямым углом. Гейгера, а вместе с ним и Марсдена, беспокоило одно: как избавиться от этих непрошеных частиц?
Надо отдать им должное - они устранили беду с изобретательностью, достойной самого шефа. Они вставили в трубку серию шайбочек-колец, плотно прилегающих изнутри к стеклянным стенкам. Так они вывели из игры все периферийные частицы альфа-луча. Шайбочки их задерживали и поглощали.
Луч сузился. Зато летел теперь по каналу, лишенному стенок: он летел внутри стеклянного альфа-провода по воображаемой трубке, ограниченной шириною отверстия шайбочек. (Этим экспериментальным приемом физики-атомники пользуются в случае нужды и сегодня.)
Резерфорд появлялся в лаборатории ровно в девять утра и начинал свой рабочий день с обхода сотрудников.
Как и в Монреале, сильные акустические волны издалека возвещали о его приближении. Но двухэтажное здание, вытянутое в длину, было скромнее, и звуки не разносились так гулко, как в Физикс-билдинге.
…Good morning, Кэй! Вчера у сэра Горация Лэмба все восторгались вашими демонстрационными опытами на моих лекциях. Вы молодец, старина. Я им сказал, что вы - лучший лабораторный ассистент в Британской империи. Второй Эверетт!
…- Good morning. Мак! Говорят, студенты практикума жалуются на вашу суровость. Держите их еще крепче, мой мальчик!
…- Послушайте-ка, Антонов, все хочу спросить вас, как по-русски good morning?
- Доброе утро, профессор!
- Так доброе утро, my boy! Вам повезло - приехал Болтвуд из Иеля. Поговорите с ним о радии-D. Он знает о нем все…
…- Good morning, мисс Уайт! Что вас затрудняет?..
Расчет чувствительности?.. Дайте-ка исходные данные…
И помолчите минуточку, Марджерет! Прикинем в уме… (Широко расставленные ноги. Закинутая голова. Мгновенные выкладки вслух.)…Вот так. Проверьте с Маковером.
И наконец:
…- Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни!
Гейгер и Марсден видели его каждый день. Он знал все их огорчения и победы. Знал о молекулярных опухолях. Благословил шайбочки.
Конечно, он думал и о том, что в принципе можно было бы обойтись и без шайбочек: можно было бы ввести в статистические подсчеты вычисленную поправку на рассеяние альфа-частиц в трубке. Ведь она, эта трубка, не меняется от опыта к опыту, распределение неровностей на ее стенках остается неизменным, и фальшивить она должна по некоей своей вероятностной закономерности. Но установить это математически - значило провести специальное педантичное исследование. Он не был противником педантизма, однако при условии, что не возникала угроза раздражающих проволочек.
А может быть, кроме всего прочего, его смущала математическая сторона дела?
Так или иначе, он согласился с Гейгером, что избавиться от ненужных частиц экспериментальным путем проще, чем с помощью теории вероятностей. Но не с этой ли историей был связан один поступок Резерфорда, вызвавший как раз в ту пору иронические и восхищенные толки в университете Виктории.
Нобелевский лауреат вскоре после возвращения из Стокгольма пожелал сызнова побывать в шкуре студента. Когда кончились рождественские каникулы, он пришел к известному манчестерскому математику Горацию Лэмбу и попросил разрешения слушать у него курс теории вероятностей.
Намерения нового студента были вполне серьезны: он собирался пройти и всю программу практических занятий у Лэмба.
То было нетривиальное зрелище: мировая знаменитость, восседающая среди юнцов и склонившаяся над тетрадкой с заданными упражнениями! Мировая знаменитость дала себе единственную поблажку: не экзаменоваться. Но не от гордыни - от застарелого отвращения к этой процедуре.
Лэмб без дальних слов понял, зачем его высокому коллеге понадобился этот рецидив студенчества: с вероятностью, равной единице, можно было утверждать, что изучение рассеяния альфа-частиц надолго становится главной страстью профессора Резерфорда. Разумеется, у профессора Резерфорда всегда был выход: в нужный момент привлечь к делу лабораторного математика Бэйтмена. Но все знали: он любил сам откристаллизовывать свои идеи в математические формулы. А отныне это делалось невозможным без уменья уверенно оперировать аппаратом теории вероятностей. (Так, почти сорок лет спустя, когда экспериментальные методы ядерной физики революционизировались новейшей радиотехникой, академик Игорь Васильевич Курчатов решил прослушать курс радиоэлектроники. Это тоже было нетривиальное зрелище: бородатый глава советских атомников за учебным столом! А ведь и у него всегда был в запасе выход: в нужную минуту поманить пальцем специалиста. Но все знали: он предпочитал сам понимать и оценивать, что чего стоит…) Не столь уж существенно - сыграла ли проблема избавления от ненужных частиц хоть какую-нибудь реальную роль в решении Резерфорда стать лэмбовским студентом. Может быть, и не сыграла. Но существенно, что именно тогда - в самом преддверии открытия атомного ядра - он такое решение принял. Он вооружался для исторического похода.
…И вот - в очередной раз:
- Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни! Что нового, мальчики?
Особых новостей не было. Их не было уже, в сущности, с конца прошлого года - с тех пор, как мальчикам удалось успешно отделаться от непрошеных альфа-частиц. И ничего, кроме однообразных подробностей о рассеянии на малые углы, он и не ожидал услышать. Не ожидал и не услышал. Но на этот раз у него самого была в запасе кой-какая новость.
Собственно, она была у него в запасе и вчера и позавчера.
Только он не решался заговорить о ней. И едва ли она заслуживала названия новости. Не потому, что была стара, а потому, что была несуразна. Вчера, как и позавчера, он долго стоял возле экспериментальной установки. Смотрел. Сосал потухшую трубку. Молчал.
Думал. Изредка усмехался. Ни Гейгер, ни Марсден наверняка не могли бы догадаться, чем заняты были его мысли. Он думал о том, что их давно уже перестало заботить: о тех непрошеных, ненужных, мешавших альфа-частицах, что путали им статистику. И чем больше он думал об этом, тем менее пригодным казался ему эпитет - «ненужные».
Сквозь толпу логических возражений бесконтрольным путем пробивалась дикая идея: а что, если эти редкие альфа-частицы отклоняются стенками трубки не на малые углы, но просто отражаются от стекла? Как свет от зеркала, как бильярдный шар от борта: «угол падения равен углу отражения».
Просто? А как вообразить, что происходит при этом? Он пытался представить себе пулю, летящую со скоростью 15 тысяч километров в секунду: она врезается в мишень и - отскакивает от мишени! Однако - спокойствие! - а что, если бы физику в самом деле довелось убедиться в реальности такого фантастического события? Пришлось бы перестать усмехаться? Ошеломленный, он должен был бы задуматься над происходящим. Чудес не бывает, и физик понял бы, что чудом отскочившая пуля принесла ему своим поведением бесценную информацию о беспримерной стойкости и странном устройстве вещества мишени. Он обеими руками ухватился бы за немыслимый факт…
Это было как наваждение. Первое, что следовало сделать: попробовать от него избавиться. Для этого не было иного пути, кроме экспериментального. И Резерфорд решился.
Появившись в тот очередной раз у своих мальчиков и спросив по инерции «что нового?», он едва ли слушал их ответы. Поглядывая то на одного, то на другого, он мысленно взвешивал: «Нет, пожалуй, неразумно отвлекать Ганса на такие бредовые опыты. И бестактно. Можно положиться и на Эрни - он хороший мальчик. Не выйдет - так все тотчас и забудется». (Это воображаемое размышление Резерфорда психологически оправдано: становится понятным его решение - поручить эксперимент, столь важный для него в ту пору, не многоопытному доктору Гейгеру, а всего только лаборанту!) Так, еще не обретя даже низшего ученого звания, Эрнст Марсден дождался своего звездного часа. Выглядело это, разумеется, совершенно буднично. Марсден вспоминал:
И так же, как это бывало прежде, Резерфорд чувствовал себя рядом с ним не совсем отесанным парнем и в тяжеловесной силе своей ощущал какую-то грубоватость. Когда Дж. Дж. произносил речь на торжественном обеде в Уитуортс-холле, Резерфорд, сидевший рядом, даже достал из кармана очки - для самоутешения. Но на его носу они напоминали не об избыточно-книжном детстве, а о нормальном вступлении в ту пору жизни, за которой начинается старость. И завелись они в его кармане так недавно, что обращаться с ними непринужденно он еще не умел. Самоутешения не получилось. А потом он перестал об этом думать: Дж. Дж. с мягким энтузиазмом говорил о нем прекрасные вещи, и он заслушался…
Был он шестым из учеников Дж. Дж., уже успевших стать членами Королевского общества, и первым, получившим Нобелевскую премию. А старик - в этом году исполнялось четверть века его директорства в Кавендише - коллекционировал успехи учеников, как собственные. И чувствовалось, что само существование «профессора Резерфорда - ученика Томсона» доставляет старику удовольствие. И несказанно приятно было слышать:
Из всех услуг, какие могут быть оказаны науке, величайшая - введение в ее обиход новых идей …И нет никого, кто подвергал бы свои идеи более суровому испытанию, чем профессор Резерфорд.
Взволнованно отвечая Дж. Дж., профессор Резерфорд сказал, что «начиная с 1896 года в физике происходит революция». Но тут же уподобил прогресс в науке не победному шествию завоевателя, а «движению человека, идущего через топкие болота с редкими островками твердой земли». Это был странный образ в устах исследователя, делающего революцию!
И уж совсем не банкетный. Однако - точный.
Он знал, что говорил.
Он знал, что после окончания этого банкета, когда университетские деятели разойдутся по домам, а высокие гости разъедутся по отелям, ему обязательно захочется, прихватив с собою неизменно трезвого доктора Гейгера, хотя бы на десять минут заглянуть в лабораторию. Он знал, что в столь поздний час приземистый кирпичный корпус встретит его рядами темных окон, но что одно окно покажется ему темнее прочих, ибо должно быть зашторено с удвоенным тщанием: там бессонно продолжает наблюдения над альфа-сцинцилляциями самый юный из его мальчиков - покуда еще не доктор, не магистр, не бакалазр, а всего лишь способнейший парень, хэтфилдский стипендиат, двадцатилетний Эрни Марсден, по малости заслуг даже не удостоившийся приглашения на чествование шефа.
Удивится ли Марсден его позднему вторжению? Разумеется, нет. А что ответит на обычное - «Ну как дела, мой мальчик?»? Неужели снова - только обычное: «хорошо», означающее, что установка работает исправно. А может быть, у него уже окажется в руках вполне определенный ответ: «Да, профессор, вы были правы!» Или: «Нет, профессор, желанный эффект не наблюдается…» Какой ответ вероятней?
Вот зтого-то он, Резерфорд, сведущий в альфа-частицах и их поведении больше, чем кто бы то ни было в любой лаборатории мира, этого-то он на сей раз даже приблизительно не знал. А от любого ответа юнца - особенно положительного - зависело очень многое. Возбужденный вином и речами, Резерфорд готов был отправиться к Марсдену, не дожидаясь конца банкета.
11
Марсден появился в университете Виктории на месяц-два раньше Резерфорда. Ему было тогда восемнадцать. Научным сотрудником он еще не числился. Но смотрел на нового шефа широко раскрытыми глазами - восхищенно и преданно. И тоже переживал предчувствие «великих времен».Он помогал Гейгеру. Был ассистентом ассистента. Попросту лаборантом, но того толка, что умеют работать головой не хуже, чем руками. Однако Резерфорд незаметно привык относиться к нему, как к школьнику, и целый год, по-видимому, не слишком принимал его всерьез. И лишь незадолго до поездки в Стокгольм вдруг понял, что Марсден - взрослый человек со зрелым чувством ответственности. Он понял это, нечаянно оскорбив его несправедливостью - одной из тех, какими в приступах гнева оскорблял он многих.
Случилось это как раз в те дни, когда он и Ройдс нервно ожидали появления гелиевых линий в спектре альфа-газа. Вся лаборатория с интересом ждала тогда исхода начавшегося эксперимента. Осаждать вопросами шефа решались немногие, а замученный вопросами Ройдс стал огрызаться. Проще было зайти по мнимому делу в его комнату и как бы между прочим прильнуть к окуляру спектроскопа, чтобы самому увидеть - засветились, наконец, линии гелия или нет. Кто-то из любопытствующих второпях сдвинул призму спектроскопа.
Марсден, работавший по соседству у оптического столика, ничего не заметил. Но вдруг он услышал рычание Резерфорда и проклятья и тотчас почувствовал на своей шее, сзади, крепкую руку шефа: «Вы двигали эту призму?!» Марсден тихо выдавил: «Нет».
Он так произнес это честное «нет», что шеф, не оглядываясь, молча, покинул комнату. А спустя полчаса вошел снова - уселся рядом и без предисловий попросил простить его.
Марсден полагал, что за эти полчаса шеф, «должно быть, нашел истинного преступника». Но больше похоже на правду другое: это время понадобилось шефу, чтобы осудить, остудить и устыдить себя самого. В 1949 году, в 4-й мемориальной лекции о Резерфорде, профессор Веллингтонского колледжа Ново-зеландского университета шестидесятилетний сэр Эрнст Марсден сказал. «Вы оцените его поступок, если я добавлю, что мне было в то время всего девятнадцать лет».
…Он мог бы прихвастнуть, что ему уже все двадцать, когда после возвращения из Стокгольма Резерфорд решил довериться его созревшей самостоятельности. Шел 1909 год.
Ганс Гейгер работал над проблемой № 7 - «Рассеяние альфа-частиц». Марсден, как повелось, ассистировал.
Очередь до этого многообещающего пункта в резерфордовской программе исследований дошла естественно. Только теперь, когда с таким успехом была решена проблема № 21 и появились целых два метода регистрации альфа-частиц, можно было по-настоящему заняться изучением их поведения в веществе. Почему узкий пучок альфа-частиц, пронизав слой вещества, перестает быть таким же узким, как прежде?
Помните, Резерфорду хотелось это узнать еще в Монреале, когда летом 1906 года он впервые заметил совсем пустяковый эффект рассеяния - расширение альфа-луча примерно на 2 градуса после выхода из тончайшей слюдяной пластинки. Он пришел тогда к важному выводу: атомы вещества - средоточия сильных электрических полей. Иначе не понять, как атомам удается отклонять тяжелую и стремительную альфа-частицу от прямолинейного полета, когда она летит мимо них.
Мимо? Да, так это выглядело. И вправду - что же иное можно сказать о частицах, сумевших насквозь пронизать вещество пластинки? Раз уж «насквозь», значит наверняка «мимо» атомов.
Так что же такое атомы? Как их надо себе представлять?
Короче: как же устроены эти электрические микросистемы?
Проблема была не нова. Над нею задумывался еще Фарадей. Над нею.размышляли многие исследователи. Физики и философы. Умы великие и умы посредственные. Но старые вопросы приобрели теперь совершенно новое звучание. Впервые вся эта громадная проблема превращалась из умозрительной в экспериментальную. Альфа-частицы и в самом деле обернулись тонким инструментом для прощупывания незримых атомных миров.
Началось с продолжения монреальских опытов 1906 года.
Все началось последовательно и логично.
Логично было посмотреть, как рассеиваются альфа-частицы не слюдой, чей химический состав довольно сложен, а простыми веществами - скоплениями одинаковых атомов. Логично было поискать зависимость между картиной рассеяния и атомным весом рассеивателя. Логично было выявить связь между толщиной рассеивающего слоя и углами отклонения частиц. Словом, логично было обследовать эффект всесторонне, прежде чем делать решающие выводы. И неизвестно, сколько «изнуряюще нудного труда» выпало бы на долю Гейгера и Марсдена и сколько времени блуждал бы Резерфорд по трясине мелких наблюдений, пока дошел бы черед до твердой земли, да и вообще неизвестно, добрался ли бы он в Манчестере до твердой земли, если бы…
Снова это услужливое «если бы»! Право, можно подумать, что у случая нет других забот, кроме как помогать ищущим поскорее добираться до цели: биографии ученых полны чудесно-ускоряющими «если бы». Но не оттого ли это так, что историю науки пишут не те, кто ее делал? Делавших уже не расспросить о подробностях. А в них-то и прячется необходимость - подспудная, неразговорчивая, отлично умеющая обернуться случайностью большого события. Мы же с детской готовностью поддаемся обману: необходимость буднична, как паутина, а случай праздничен, как выигрыш в лотерее. Но даже, когда случай и вправду случай, напрасно думать, будто избранник небрежно запускает руку в барабан и без промаха вытаскивает билетик с номером. Этому предшествует перебор пустышек. Долгий ли, короткий ли перебор, но такой, что в пору мозоли набить на пальцах! И пустышки сполна оплачены - работойт нервами, временем - всем, что называется жизнью.
Гейгер и Марсден поначалу работали на старой, распластанной в длину экспериментальной установке, так хорошо служившей счету альфа-частиц. 4,5-метровая стеклянная трубка с препаратом радия в дальнем конце по-прежнему играла роль альфа-провода: из сферического облака разлетавшихся во все стороны альфа-частиц она вырезала узкий луч и направляла его на мишень. А за мишенью пронизавшие ее частицы встречали сцинцилляционный экран. Но теперь уже надо было не только считать звездочки вспышек: важна была картина возникавших па экране созвездий - распределение альфа-частиц по разным углам отклонения от оси луча.
Сменялись мишени - листки металлической фольги.
Проходили испытание атомы восьми чистых металлов - от легкого алюминия (атомный вес 27) до тяжелого свинца (атомный вес 207). Сменялись мишени однослойные, двухслойные, многослойные. Как и в монреальских опытах Резерфорда, наиболее вероятный угол рассеяния всякий раз бывал невелик: 1-2 градуса. Но, хоть и в нешироких преде пах, он, конечно, менялся от мишени к мишени. И к февралю Гейгер уже вывел заключение, что этот угол - мера рассеяния - тем больше, чем тяжелее рассеивающие атомы. Рассеяние возрастало и с увеличением числа атомов, мимо которых пролетала частица. Иначе говоря, оно было тем больше, чем многослойней была мишень. В общем, по мнению Гейгера, уже можно было утверждать: наиболее вероятный угол отклонения частиц варьирует, как квадратный корень из атомного веса вещества и как квадратный корень из толщины рассеивателя.
Разумеется, эта информация была интересна и важна, как интересны и важны данные любых достоверных научных опытов. Кстати, тогда же, в других лабораториях другие физики изучали рассеяние в веществе легких бета-частиц - электронов. В Дублине этим занимался давний кавендишевский приятель Резерфорда Мак-Клелланд.
В Германии - эрлангенский Шмидт. Оба обнаружили закономерности, сходные с гейгеровскими, только менее рельефные. Тяжелые альфа-частицы, несущие двойной заряд, оказались гораздо чувствительней к различиям в атомном весе рассеивателей: при переходе от алюминия к золоту эффект для электронов увеличивался в два раза, а для альфа-частиц - в двадцать раз!
Да, конечно, все это были полезные сведения. Но что давали они для конструктивных размышлений об устройстве атомных миров? Экспериментально подтверждалось нечто заведомо очевидное: чем тяжелее атомы, тем сильнее их электрические поля. (Ибо слеплены такие атомы природой из большего количества электрически заряженной материи.) Это был почти трюизм.
Иначе говоря, история открытия атомного ядра началась довольно уныло. Но вот однажды - по-видимому, в начале февраля 1909 года - в эту историю вмешалось только что упоминавшееся счастливое «если бы»…
Оно явилось в досадном обличье.
Уже давно, в первых же опытах по рассеянию, Гейгер и его юный помощник столкнулись с непредвиденной трудностью: им часто не удавалось получить на сцинцилляционном экране за мишенью картину рассеяния устойчивых очертаний. Так можно понять Марсдена, вспоминавшего, что у них не получалась constant fugure - «постоянная картина»: сцинцилляции нет-нет да и вспыхивали где-то в стороне от оси луча, показывая, что есть частицы, вылетающие из мишени куда-то вбок. Но это значило, что они и падали на мишень не под прямым углом, как весь луч, а откуда-то сбоку. Хотя их было немного, они все же путали статистику. Они загрязняли опыт и вызывали досаду.
Гейгер и Марсден предположили, что всему виною невидимые глазу неровности - «молекулярные опухоли» - на стек-лянных стенках 4,5-метрового альфа-провода: частицы, летящие от источника вдоль стенок, пронизывают эти неровности или касаются их, в обоих случаях претерпевая рассеяние.
К мишени они подлетают уже не под прямым углом. Гейгера, а вместе с ним и Марсдена, беспокоило одно: как избавиться от этих непрошеных частиц?
Надо отдать им должное - они устранили беду с изобретательностью, достойной самого шефа. Они вставили в трубку серию шайбочек-колец, плотно прилегающих изнутри к стеклянным стенкам. Так они вывели из игры все периферийные частицы альфа-луча. Шайбочки их задерживали и поглощали.
Луч сузился. Зато летел теперь по каналу, лишенному стенок: он летел внутри стеклянного альфа-провода по воображаемой трубке, ограниченной шириною отверстия шайбочек. (Этим экспериментальным приемом физики-атомники пользуются в случае нужды и сегодня.)
Резерфорд появлялся в лаборатории ровно в девять утра и начинал свой рабочий день с обхода сотрудников.
Как и в Монреале, сильные акустические волны издалека возвещали о его приближении. Но двухэтажное здание, вытянутое в длину, было скромнее, и звуки не разносились так гулко, как в Физикс-билдинге.
…Good morning, Кэй! Вчера у сэра Горация Лэмба все восторгались вашими демонстрационными опытами на моих лекциях. Вы молодец, старина. Я им сказал, что вы - лучший лабораторный ассистент в Британской империи. Второй Эверетт!
…- Good morning. Мак! Говорят, студенты практикума жалуются на вашу суровость. Держите их еще крепче, мой мальчик!
…- Послушайте-ка, Антонов, все хочу спросить вас, как по-русски good morning?
- Доброе утро, профессор!
- Так доброе утро, my boy! Вам повезло - приехал Болтвуд из Иеля. Поговорите с ним о радии-D. Он знает о нем все…
…- Good morning, мисс Уайт! Что вас затрудняет?..
Расчет чувствительности?.. Дайте-ка исходные данные…
И помолчите минуточку, Марджерет! Прикинем в уме… (Широко расставленные ноги. Закинутая голова. Мгновенные выкладки вслух.)…Вот так. Проверьте с Маковером.
И наконец:
…- Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни!
Гейгер и Марсден видели его каждый день. Он знал все их огорчения и победы. Знал о молекулярных опухолях. Благословил шайбочки.
Конечно, он думал и о том, что в принципе можно было бы обойтись и без шайбочек: можно было бы ввести в статистические подсчеты вычисленную поправку на рассеяние альфа-частиц в трубке. Ведь она, эта трубка, не меняется от опыта к опыту, распределение неровностей на ее стенках остается неизменным, и фальшивить она должна по некоей своей вероятностной закономерности. Но установить это математически - значило провести специальное педантичное исследование. Он не был противником педантизма, однако при условии, что не возникала угроза раздражающих проволочек.
А может быть, кроме всего прочего, его смущала математическая сторона дела?
Так или иначе, он согласился с Гейгером, что избавиться от ненужных частиц экспериментальным путем проще, чем с помощью теории вероятностей. Но не с этой ли историей был связан один поступок Резерфорда, вызвавший как раз в ту пору иронические и восхищенные толки в университете Виктории.
Нобелевский лауреат вскоре после возвращения из Стокгольма пожелал сызнова побывать в шкуре студента. Когда кончились рождественские каникулы, он пришел к известному манчестерскому математику Горацию Лэмбу и попросил разрешения слушать у него курс теории вероятностей.
Намерения нового студента были вполне серьезны: он собирался пройти и всю программу практических занятий у Лэмба.
То было нетривиальное зрелище: мировая знаменитость, восседающая среди юнцов и склонившаяся над тетрадкой с заданными упражнениями! Мировая знаменитость дала себе единственную поблажку: не экзаменоваться. Но не от гордыни - от застарелого отвращения к этой процедуре.
Лэмб без дальних слов понял, зачем его высокому коллеге понадобился этот рецидив студенчества: с вероятностью, равной единице, можно было утверждать, что изучение рассеяния альфа-частиц надолго становится главной страстью профессора Резерфорда. Разумеется, у профессора Резерфорда всегда был выход: в нужный момент привлечь к делу лабораторного математика Бэйтмена. Но все знали: он любил сам откристаллизовывать свои идеи в математические формулы. А отныне это делалось невозможным без уменья уверенно оперировать аппаратом теории вероятностей. (Так, почти сорок лет спустя, когда экспериментальные методы ядерной физики революционизировались новейшей радиотехникой, академик Игорь Васильевич Курчатов решил прослушать курс радиоэлектроники. Это тоже было нетривиальное зрелище: бородатый глава советских атомников за учебным столом! А ведь и у него всегда был в запасе выход: в нужную минуту поманить пальцем специалиста. Но все знали: он предпочитал сам понимать и оценивать, что чего стоит…) Не столь уж существенно - сыграла ли проблема избавления от ненужных частиц хоть какую-нибудь реальную роль в решении Резерфорда стать лэмбовским студентом. Может быть, и не сыграла. Но существенно, что именно тогда - в самом преддверии открытия атомного ядра - он такое решение принял. Он вооружался для исторического похода.
…И вот - в очередной раз:
- Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни! Что нового, мальчики?
Особых новостей не было. Их не было уже, в сущности, с конца прошлого года - с тех пор, как мальчикам удалось успешно отделаться от непрошеных альфа-частиц. И ничего, кроме однообразных подробностей о рассеянии на малые углы, он и не ожидал услышать. Не ожидал и не услышал. Но на этот раз у него самого была в запасе кой-какая новость.
Собственно, она была у него в запасе и вчера и позавчера.
Только он не решался заговорить о ней. И едва ли она заслуживала названия новости. Не потому, что была стара, а потому, что была несуразна. Вчера, как и позавчера, он долго стоял возле экспериментальной установки. Смотрел. Сосал потухшую трубку. Молчал.
Думал. Изредка усмехался. Ни Гейгер, ни Марсден наверняка не могли бы догадаться, чем заняты были его мысли. Он думал о том, что их давно уже перестало заботить: о тех непрошеных, ненужных, мешавших альфа-частицах, что путали им статистику. И чем больше он думал об этом, тем менее пригодным казался ему эпитет - «ненужные».
Сквозь толпу логических возражений бесконтрольным путем пробивалась дикая идея: а что, если эти редкие альфа-частицы отклоняются стенками трубки не на малые углы, но просто отражаются от стекла? Как свет от зеркала, как бильярдный шар от борта: «угол падения равен углу отражения».
Просто? А как вообразить, что происходит при этом? Он пытался представить себе пулю, летящую со скоростью 15 тысяч километров в секунду: она врезается в мишень и - отскакивает от мишени! Однако - спокойствие! - а что, если бы физику в самом деле довелось убедиться в реальности такого фантастического события? Пришлось бы перестать усмехаться? Ошеломленный, он должен был бы задуматься над происходящим. Чудес не бывает, и физик понял бы, что чудом отскочившая пуля принесла ему своим поведением бесценную информацию о беспримерной стойкости и странном устройстве вещества мишени. Он обеими руками ухватился бы за немыслимый факт…
Это было как наваждение. Первое, что следовало сделать: попробовать от него избавиться. Для этого не было иного пути, кроме экспериментального. И Резерфорд решился.
Появившись в тот очередной раз у своих мальчиков и спросив по инерции «что нового?», он едва ли слушал их ответы. Поглядывая то на одного, то на другого, он мысленно взвешивал: «Нет, пожалуй, неразумно отвлекать Ганса на такие бредовые опыты. И бестактно. Можно положиться и на Эрни - он хороший мальчик. Не выйдет - так все тотчас и забудется». (Это воображаемое размышление Резерфорда психологически оправдано: становится понятным его решение - поручить эксперимент, столь важный для него в ту пору, не многоопытному доктору Гейгеру, а всего только лаборанту!) Так, еще не обретя даже низшего ученого звания, Эрнст Марсден дождался своего звездного часа. Выглядело это, разумеется, совершенно буднично. Марсден вспоминал:
…Он повернулся ко мне и сказал: - Посмотрите-ка, не сможете ли вы получить некий эффект прямого отражения альфа-частиц от металлической поверхности?
Я не думаю, чтобы он ожидал чего-нибудь подобного, но это было одно из тех «предчувствий», когда появляется надежда, что, быть может, кое-что все-таки удастся наблюдать и, уж во всяком случае, удастся прощупать разведкой ту территорию, что соседствует с «землей Тома Тиддлера». (Иносказание, означающее «золотое дно». - Д. Д.) Резерфорд всегда был готов идти навстречу неожиданному и использовать его в своих целях, но он знал также, когда в таких экскурсиях нужно остановиться. Конечно, я был достаточно сведущ, чтобы ясно сознавать: даже если ожидается отрицательный результат, с моей стороны было бы непростительным грехом прозевать хоть намек на эффект положительный.
Оттого-то в один из февральских вечеров 1909 года, сидя за банкетной трапезой в Уитуортс-холле и наслаждаясь застольными панегириками своих высоких коллег, виновник торжества Резерфорд все ловил себя на тайном желании - удрать отсюда ненадолго, ворваться в затемненную комнату Марсдена и в ответ на жадное «Ну как дела, мой мальчик?» услышать короткое - «да!». Или столь же короткое - «нет». …Марсден ответил - «да!». Но не в тот вечер.
Однажды днем он остановил шефа на лестнице и сказал:
- Вы были правы, профессор…
12
Радость Марсдена была сложного психологического состава.
Прежде всего он не впал в непростительный грех. Шеф убедился, что ему по плечу большие дела. В среднем всего одна из 8000 альфа-частиц переживала загадочное событие - отскакивала от мишени обратно. Пришлось придумать новую установку - с более мощным источником радиации, чем прежний альфа-провод. Помог Гейгер. Впрочем, неважно, как были обойдены разные трудности. Важно, что много времени на это не ушло. Шеф не успел испытать досаду.
Но еще радостней было другое: ему, двадцатилетнему, удалось за несколько дней и ночей вывести из статистики отражений количественный закон: эффект возрастал с ростом атомного веса мишени. Но не как у Гейгера - не как при рассеянии на малые углы, а гораздо быстрее. Там рассеяние росло, как атомный вес в степени 1/2, а здесь - в степени 3/2.
Кружилась голова - уже слышался голос будущего лектора:
«Итак, переходим к закону Марсдена…» Смущало лишь одно исключение из закона - серебряная мишень отражала неподобающе много частиц. Отчего? Он не знал. Тщеславие искушало: наверное, просто ошибка. Выкинуть серебро из таблицы - и все. Выкинуть?! Он был резерфордовцем - он не мог поддаться такой провокации. Он подчеркнуто обратил внимание шефа на странную аномалию. Чем черт не шутит - может, тут-то и зарыта собака!.. К счастью, там не было зарыто ничего, кроме доверчивой неопытности. Но зато он выдержал нравственный экзамен перед самим собой.
Вскоре аномалия разъяснилась. В поисках серебра для мишени Марсден одолжился монетой у молодого рисерч-стыодента из России - Георгия Антонова. Тот сказал, что русское разменное серебро химически беспримесней британского. Это было верно. Но Антонов не подумал, что его экзотическая монета, прошедшая через множество любопытствующих рук и звеневшая на всех лабораторных столах, могла сделаться в Манчестере радиоактивной. И Марсден об этом не подумал.
А монета сама излучала! Повторилась старая история, уже многократно знакомая Резерфорду.
Но все это - и радость первооткрытия, и кружение головы, и победу над тщеславием - знавали молодые и немолодые физики во все времена во всех лабораториях. А была в марсденовском ликовании еще и особая черта - редкостная, клановая. Она отчасти объясняет стремительность успехов резерфордовской школы.
Другой манчестерский юнец той поры, Гарольд Робинзон, рассказал, как однажды под вечер, уходя из лаборатории, Резерфорд ненароком бросил идею одной экспериментальной работы. Для нее нужны были источник радиации, свинцовые мишени, магнитный спектрограф и свободные руки. Уже в дверях Резерфорд добавил, что как-нибудь в будущем они обязательно проведут заманчивый опыт. И ушел. Едва затихли в коридоре его шаги, как Робинзон побежал к коллегам за подходящим излучателем - «только до утра, клянусь честью!». Пригодную для дела установку, оставшуюся от других опытов и, к счастью, не до конца демонтированную, нетрудно было привести в порядок. Мишени лежали под рукой. Впереди маячил долгий вечер. И в запасе была ночь!.. Когда наступило утро, Робинзон уже владел первой серией фотографий желанных магнитных спектров. Теперь ему казалось, что часы идут дурацки медленно и никогда не пробьют девять!., Через тридцать с лишним лет он говорил: