Страница:
Это была одна из его фарадеевских черт. И к достоверной модели атома ему помогали пробиваться, хоть и не грубо - бытовые, однако же наглядные, чувственно-осязаемые ассоциации. - Внутри атома должны действовать ужасающие силы!
Манчестерский математик Чарльз Дарвин - внук великого сэра Чарльза Дарвина - запомнил, как Резерфорд произнес однажды эту фразу. Для учебника она бы не годилась.
Но в ней звучало уже нечто новое по сравнению с прежним, строго и сдержанно отчеканенным: «Атомы - средоточия сильных электрических полей». И произнесена была эта фраза не с кафедры.
Шло традиционное чаепитие. Ежедневно, после полудня, все сотрудники лаборатории поднимались наверх - в комнату физпрактикума по радиоактивности, неподалеку от кабинета шефа, чтобы передохнуть за этим непринужденным обрядом. Чай подслащивали сахаром, печеньем и - главное - незапрограммированной беседой обо всем на свете. В отличие от томсоновских чаепитий в Кавендише тут не запрещалось говорить и о физике. Если днем шеф куда-нибудь отлучался на своем «уолслее-сиддлее», к этой церемонии он возвращался. Он любил ее. Там царили естественность и дружелюбие. Кому было что сказать, говорил, не испрашивая слова. И Резерфорд обычно с веселым оживлением выкладывал своим мальчикам то, что нынче пришло ему в голову. (Так бывало неизменно, уверяет Гейгер.) За этим-то чайным столом Резерфорд и сказал однажды об «ужасающих силах». Сказал и, как удостоверил Дарвин, сразу оставил эту тему. И в другой раз внезапно повторил ту же фразу и тотчас осекся. И в третий раз вернулся на круги своя и - замолк…
Более чем ясно: обсуждать еще не выношенную идею ему, как всегда, не хотелось. Но вынашивать ее наедине стало ему теперь еще трудней, чем прошлой осенью в Виннипеге.
Теперь тоже стояла осень. 1910 год подходил к концу. Хотя Дарвин не задатировал свое воспоминание, отнести его к более раннему времени нельзя: только осенью 1910 года Дарвин начал бывать на манчестерских чаепитиях, сменив в это время Бэйтмена на посту лабораторного математика.
Так, стало быть, даже через полтора года после завершения работы Гейгера - Марсдена атомная модель Резерфорда была еще совсем не готова? Да, перед его мысленным взором к этому времени лишь забрезжил образ могучего центрального тела в атоме: образ вещественного источника «ужасающих сил».
По трем приметам строился образ этого центрального тела: оно мало по объему, раз атом почти пуст; оно несет большой заряд, если его электрическое поле способно отбросить назад альфа-частицу; оно велико по массе, поскольку в итоге силового единоборства резко изменяется не его собственное движение, а движение частицы.
Так как же выглядит атом в целом?
Он думал об этом на континенте - в сентябрьском Мюнхене, где в обществе старых друзей, Бертрама Болтвуда и Отто Хана, спокойно отдыхал, готовясь к предстоящему Всемирному радиологическому конгрессу в Брюсселе. Они ходили в знаменитую Мюнхенскую пинакотеку и говорили о радиевом стандарте. Ездили на поклон к великому органику Байеру и спорили о номенклатуре радиоэлементов. Просиживали вечера в баварских пивных и обсуждали план Словаря радиоактивности. Но все равно он думал о своем. Мысленно осматривал и ощупывал атом.
Он втайне был занят этим и в бельгийской столице - в дни самого конгресса, когда редких часов отдыха и молчания не хватало даже на сон. («Я провел в Брюсселе четыре дня, разговаривая по 18 часов из 24, так что не удивился, потеряв голос», - писал он 16 октября матери.) И с еще большим трудом, чем раньше, удерживался он в потоке непрерывного говорения от соблазна выдать коллегам и сделать предметом шумной дискуссии свои конструкторские идеи. Он знал теперь о возможном устройстве сквозного атома довольно много, но знание это было малоутешительным.
Как мнимо-развлекающийся Гамлет при встрече с актерами, он все время думал о своем. Однако не столько предвкушал мышеловку для короля, сколько чувствовал себя пойманным в мышеловку. В самом деле, невозможно отделаться от ощущения, что он снова, и на этот раз вовсе не по личному поводу, такому, как переезд из Кембриджа в Монреаль, впал в несвойственный ему гамлетизм. Только этот припадок в отличие от первого не задокументирован его собственными признаниями. (Но, пожалуй, довольно и того, что рассказал Дарвин: вто ли не похоже на Гамлета - делая решительный шаг и уже произнося слова об ужасающих силах, вдруг осадить себя и замолкнуть! «Если тут перестараться или недоусердствовать, непосвященные будут смеяться, но знаток опечалится…»*) Образ сквозного атома с заряженным массивным телом в центре стал мышеловкой для его конструкторской мысли потому, что немедленно потребовал ответа на вопрос: а как заряжено центральное тело - положительно или отрицательно?
Простейший этот вопрос провоцировал массу неприятностей.
Для статистической картины рассеяния альфа-частиц на любые углы - малые и большие - знак заряда сердцевины атома совершенно безразличен. Если этот заряд «+», то альфа-частица, пролетая сквозь атом, отталкивается центральным телом. Й отклоняется от прямого своего пути, скажем, вправо. Если знак заряда «-», то она притягивается сердцевиной атома., И отклоняется в своем полете влево. Атомов в мишени тьма. Частиц в альфа-луче множество. Отклонения во все стороны осу- * «Гамлет». Перевод Б. Пастернака. 23 Д. Данин ществляются с равной вероятностью. И если бы в опыте внезапно изменился знак заряда атомных сердцевин - был «+», а стал «-», или наоборот, - в картине рассеяния не изменилось бы ничего.
Но, может быть, отраженные частицы - рассеянные на столь большие углы, что они возвращаются от мишени назад, - давали информацию о знаке заряда центрального тела в атоме? Тоже нет. И по той же причине.
Хотя возвращение вспять - результат взаимодействия альфа-частицы с единичным атомом, она переживает это редкое событие под влиянием все тех же сил электрического отталкивания или притяжения. Такой частице просто очень повезло: ей удалось пролететь совсем близко от сердцевины одного из атомов мишени. Ведь силы взаимодействия быстро растут с уменьшением расстояния между зарядами. Когда расстояние мало, силы громадны.
И если заряд сердцевины «+», она способна отбросить назад положительную частицу, осмелившуюся подлететь к ней слишком близко. А если заряд центрального тела «-»? Тогда действуют силы притяжения и начинает казаться непонятным, по какой причине альфа-частица должна повернуть обратно. Да по той же причине, по какой наша Земля, приближаясь к Солнцу, не может оторваться от него и улететь в мировое пространство. Именно силы притяжения - только не электрического, а гравитационного - заставляют планету, летящую мимо Солнца, огибать его и снова появляться по сю сторону сцены. Так и при отрицательно заряженной сердцевине атома альфа-частицу заставят обогнуть ее и вернуться обратно силы притяжения. Ив говорит, что для этого случая Резерфорд рисовал себе образ кометы, по гиперболе облетающей Солнце.
Вот так и получалось, что картина рассеяния совершенно не зависела от знака заряда центрального тела. Она зависела лишь от величины этого заряда. И от массивности этого тела.
И от его малости.
Малость была особенно важна. Делалась тотчас понятной редкость актов отражения. Уже не вызывало удивления, почему из восьми тысяч альфа-частиц, упавших на мишень, всего одна получала шанс пролететь настолько близко от сердцезины какого-нибудь из атомов, чтобы испытать всю мощь ее отталкивания или притяжения.
А заодно легко объяснялось, почему с утолщением мишени росло число отраженных частиц. Сделать мишень толще значило поставить на пути каждого альфа-снаряда больше атомов. Естественно, увеличивалась вероятность «попадания в цель». Но вместе с тем становилось ясно, что у толщины мишени должен быть предел, за которым число отражений уже не сможет увеличиваться. Ведь каждая отраженная частица проделывала путь обратно и на этом обратном пути снова встречала толпу атомов.
Поэтому с толщиной убывала вероятность вырваться после отражения наружу. Так одна вероятность росла, а другая уменьшалась. Должно было наступать равновесие. Гейгер и Марсден действительно наблюдали его на опыте.
В общем идея маленького, но могучего центрального тела в атоме работала хорошо! Однако какой же заряд оно несло:
«+» или «-»? Не зная этого, можно ли было сконструировать атомную модель?! Из двух вариантов верным мог быть один.
Следовало сделать выбор.
И тут-то захлопнулась мышеловка.
Стоило допустить, что сердцевина заряжена отрицательно, как снова выползали наружу неправдоподобные черты томсо- новской модели. Если в центре заряд «-», значит там сосредоточены атомные электроны. Но там же, по исходной идее, сконцентрирована основная масса атома. Стало быть, снова появлялось на свет многотысячное скопление электронов. И снова появлялась призрачная - почти невесомая - сфера с положительным зарядом, ибо надо же было как-то обеспечить нейтральность атома в целом. А при распаде радиоактивных атомов откуда брались тяжелые положительно заряженные альфа- частицы?.. Смущающие и безответные вопросы обступали толпой.
Но стоило допустить, что сердцевина заряжена положительно, как возможная атомная модель вообще становилась эфемерной. На первый взгляд все получалось красиво и убедительно. Нейтральность достигалась естественно и просто: в центре тяжелый заряд «+», вокруг легкие электроны с зарядом «-». Понятно, почему электроны так легко отрываются от атомов и становятся свободными: они живут вдали от сердцевины и связь их с нею не очень прочна - ее несложно нарушить. Даже трением можно наэлектризовать многие тела. (Старые добрые школьные опыты!) И за атомный вес в такой модели несут ответственность не электроны, а центральный тяжелый положительный заряд. И становится понятно, откуда берутся при радиоактивном распаде альфа-частицы: их выбрасывает в результате каких-то внутренних процессов массивная атомная сердцевина. И наконец, легко удовлетворяются такой моделью требования теоремы Ирншоу. Конечно, электроны не покоятся вдали от центрального заряда; они вращаются вокруг него. Так, значит, в довершение всех достойлств этого атома, он еще и устойчив? Когда бы так, лучшего действительно нельзя было бы пожелать. Но в том-то и заключалась беда, что такой аюм существовать не мог.
Он не мог существовать по законам электродинамики Максвелла. Эти законы утверждали: если заряд движется с ускорением, он излучает электромагнитные волны. А вращение - это движение с ускорением. Значит, электроны в таком атоме обречены были бы непрерывно излучать энергию. Иными словами, непрерывно терять то единственное, что могло бы позволить им неограниченно долго противиться притяжению положительно заряженной сердцевины. Им предстояло бы неотвратимо к ней приближаться, и свет, испущенный ими при этом, был бы сигналом бедствия. Атом неизбежно перестал бы существовать. И на всю его эфемерную жизнь понадобились бы не века, а мгновенья.
Так захлопнулась мышеловка. Безнадежно выглядели оба варианта: и с зарядом «-» и с зарядом «+». Было отчего впасть в гамлетизм.
Нетерпеливый, алчущий скорых решений, Резерфорд продолжал обдумывать оба варианта с вынужденным долготерпением дюжины Иовов. Другого выхода не оставалось: атом существовал и, следовательно, как-то был устроен!
В те последние месяцы 1910 года, когда всеми своими догадками и сомнениями жил он в близком будущем атомной физики, все вокруг точно сговорилось назидательно напоминать ему об его прошлых исканиях. И наверное, это было хорошо.
В Брюсселе он увиделся с Марией Кюри. Впервые после гибели Пьера. Он относился к ней с давней удивленно-почтительной любовью. «Она очень трогательная - патетическая - фигура», - писал он матери. А она однажды сказала о нем журналистам:
Д-р Резерфорд - единственный из живущих, кто обещает даровать человечеству, как итог открытия радия, неоценимое благо. Я бы посоветовала Англии беречь д-ра Резерфорда…
И когда она произносила эти слова об единственном из живущих и когда давала Англии этот совет, ею, как всегда, как всю жизнь, владело ее неустранимое горе и думала она о другом единственном, не убереженном Францией. Встреча с нею была и радостной и тягостной. «Она выглядела очень изнуренной и усталой и гораздо старше своих лет», - писал Резерфорд. И понимая, отчего это так, тоже думал об ушедшем.
Ожило в памяти их свидание в Париже семь лет назад, в доме Ланжевена. И сияние радия в летней ночи. И беседа о радиоактивном распаде - об очевидной сложности атомных миров.
Вспомнилась шутка Лармора - «лев сезона». Вспомнилось, что тогда как раз и начался его альфа-роман. Все-таки он верно почувствовал, что альфа-частицы поведут его в глубины вещества! Так откроется ли ему вслед за делимостью и превращением атомов их внутреннее строение? Сидя рядом с Марией Кюри на заседаниях узкого комитета по установлению радиевого стандарта, где родилась идея назвать «кюри» единицу активности распадающихся элементов, он вспоминал минувшие споры и с благодарностью думал о том, что эта рано состарившаяся, некогда прекрасная и всегда героически стойкая женщина неизменно оказывалась его самым близким единомышленником. И думая о ней, нельзя было даже помышлять о капитуляции перед любыми сложностями задачи…
А когда он возвращался из Бельгии домой, осипший до немоты, воспоминания вдруг отбросили его еще дальше назад.
Осенняя непогода прибавила к потере голоса другую беду - распухла щека и старая знакомая, невралгия, гибкой болью свела лицо. И, высадившись на английском берегу, он почувствовал себя неблагоустроенным беднягой - почти как пятнадцать лет назад, когда в таком же осеннем Лондоне он никого еще не знал и гостиничный слуга таскал ему от аптекаря- серные мази, а в саквояже лежал черновой вариант его магнитного детектора, а из Кембриджа все не приходило письмо от Томсона, а в таверне кто-то сказал за его спиной: «Киви?
Киви!» - большая птица, да нелетающая… И эти воспоминания были как сон в руку: ему еще не случалось терзаться затянувшейся безрезультатностью долгих исканий, и он уже начинал терять уверенность в себе, и полезно было для самоутверждения нечаянно оглянуться на былую неблагоустроенность старта. Киви? Ну, это мы еще посмотрим!..
А в конце октября разнообразные дела и обязанности снова привели его в Лондон, и судьба приготовила ему встречу с временами еще более давними. Биккертон! Да, да, крайстчерчский еретик старческой ладонью гладил его по плечу и глядел на него неукротимыми глазами. С годами его старый учитель стал чудаковат, как случается это со всеми еретиками, упрямо и одиноко живущими в своем придуманном мире, где они властвуют бесконтрольно, награждая самих себя знаками высокого отличия и коллекционируя гордые обиды на обыкновенный мир ортодоксов..Тремя годами позднее Резерфорд улыбался точности, с какой написал ему о Биккертоне молодой венгр - д-р Дьердь фон Хевеши, радиохимик, некоторое время работавший в Манчестере. Хевеши встретил Биккертона на конгрессе Би-Эй в Бирмингаме и был вместе с ним на экскурсии в Кенильвортском замке.
Он старый чудак и одна из тех комических фигур, какие вы найдете на любом конгрессе, - писал Хевеши.- Возвращаясь из Кенильворта, мы задержались в Лимингтоне, где мэр принимал и провожал нас. Когда, стоя на платформе, мэр ненароком разговорился с Биккертоном, его поразили благородство и разносторонность старика, и после секундного колебания он приподнял свой серый цилиндр и спросил, не сэр ли Оливер Лодж перед ним.
«Не столь знаменит, но более велик», - последовал мгновенный ответ, и поезд тронулся от платформы. Мне никогда не забыть этой сцены.
Непредвиденная встреча с учителем в октябре 1910 года была отрадна Резерфорду. Он слушал старика и вспоминал начало начал - свой укромный дэн в подвале колледжа - и прикидывал, сколько же лет теперь Биккертону. Получалось - около семидесяти. А старик с прежней уверенностью и нерастраченными надеждами говорил, как много обещают его умозрительные астрономические построения, памятные Эрнсту со студенческой поры. «Он пытается пустить в ход свою теорию столкновений звезд», - написал Резерфорд матери о лондонских планах Биккертона. И думал о том, что сам он, в сущности, тоже занят теорией подобных столкновений в микро-вселенной атома, да только не знает, как «пустить в ход» уже сконструированный механизм этих незримых событий. Нечаянная встреча снова продемонстрировала ему образец духовной стойкости. Правда, в проявлении не самом плодотворном - чудаческом, напоминающем сверхстойкость изобретателей вечного двигателя. Но все-таки двадцатилетняя верность собственному замыслу была вдохновляюще убедительна. (Один мемуарист, наверняка без достаточных оснований, заметил даже, что студенческие воспоминания Резерфорда о биккертоновой «теории коллизий» сыграли какую-то научную роль в создании планетарной модели атома. Гораздо справедливей другое - Резерфорду помог былой математический тренинг у строгого Дж. Кука: в нужный момент ему припомнилась теория конических сечений - эллипсов, гипербол, парабол - и с легкостью, удивившей молодого Дарвина, он применил к делу аппарат аналитической геометрии.)
Той же пойдней осенью 1910 года случай еще раз свел его с прошлым - совсем уж далеким. Таким далеким, что в раздумьях о нем его собственная память даже и участвовать-то не могла. Ему пришлось возглавить церемонию открытия новой инженерно-физической лаборатории в Данди - довольно крупном портовом городе на берегу Северного моря в заливе Ферт-оф-Тэй.
Рядом лежал Перт - земля его шотландских предков. Он сознавал: отцу будет приятно услышать, что его, Эрнста, принимали в Данди, как высокого гостя. И он написал об этом в Пунгареху. А в памяти возникли семейные предания. И среди них рассказ о том, как в 1841 году, за тридцать лет до его, Эрнстова, рождения эмиссар Новозеландской компании полковник Томе соблазнил деда Джорджа отправиться с семьею за океаны в благословенные Антиподы - на дикие острова маорийцев, всего за год до этого присоединенные волею божьей к владениям британской короны. «Ты поставишь лесопилку в Мотуэке и станешь богат и счастлив». Ожил перед глазами старый дагерротип - выразительный портрет сильного человека: просторный лоб, клубящиеся бакенбарды, тяжелые мешки под глазами, полными жизни и проницательности, массивный нос с горбинкой и вольно изогнутый рот насмешника, крепкая шея и широкая грудь. Губернатор? Глава торгового дома? Директор театра? Не угадать. Менее всего - колесный мастер…
Маленький парусник «Феб Данбар» ушел в далекое плаванье отсюда - от дандийских причалов. Молчаливые рыбаки и женщины с заплаканными глазами толпились на берегу. Эмигранты уходили навсегда. Тогда, как и сейчас, стояла глубокая осень.
И, глядя в туманную даль за спокойными водами Ферт-оф-Тэя, Резерфорд пытался представить себе другой туман - семидесятилетней давности, медленно поглотивший поднятые навстречу неизвестности паруса. И долго виделась ему на борту уходящего парусника грузная фигура деда с трехлетним мальчиком на руках - будущим его отцом. И ему сжало горло.
И с силой подлинника представилось, как шесть с половиной месяцев - двести дней и ночей - нянчили отца и деда два океана, безвозмездно уча независимости и стойкости. И как все мальчики на свете, вдруг окунулся он в нестерпимое презренье к самому себе за то, что не выпали на его долю такие испытания. И как многие внуки-интеллигенты в час раздумья о дедах, он поймал себя на терзающей мысли, что в нем и его профессорском существовании измельчается некогда могучий род. Но тут же, на минуту поставив себя на место деда, подумал, как безмерно возгордился бы Джордж Резерфорд, узнав, что внук его сделался членом Королевского общества и сверх того - мировой знаменитостью. Колесный мастер с внешностью губернатора не понял бы мимолетных терзаний внука - академика с внешностью фермера. Но разум хитер: только этого внуку и хотелось. Ему хотелось еще раз и въявь ощутить себя достойным продолжателем рода отчаянно-предприимчивых людей. И постояв на причалах Данди, он сполна ощутил это. И хорошо, что случай привел его той осенью в Шотландию на берега Ферт-оф-Тэя.
К декабрю 1910 года его решимость созрела. Точнее, сначала он выстоял, а потом пришла решимость. Впрочем, иному читателю может вообще показаться нелепым это полупсихологическое восстановление двухлетней истории создания планетарной модели атома. Особенно если этот читатель историк физики, да еще строгий, не терпящий домыслов и отступлений от голых фактов. Такому историку, если бы он начал эту эпопею вопреки обыкновению не с древних греков или еще более древних китайцев, а с самого Резерфорда, голых фактов хватило бы на два абзаца. И получилось бы безупречное цезаревское:
«Пришел, увидел, победил». Но безупречным оказался бы только сам лаконизм. И освещенными - два вопроса: «Откуда пришел?» и «Что увидел?» А для ответа на третий - «Как победил?» - задатированных и запротоколированных фактов не нашлось бы. Их попросту нет. Однако два-то года прошли! Они-то были! И разве они могли не быть порой произрастания победы - скрытой историей крупнейшего из резерфордовских достижений?! Конечно, в энциклопедической справке можно ими пренебречь: подробности не важны sub specie eaternitatis - с точки зрения вечности, как сказал бы лучший латинист Нельсоновского колледжа для мальчиков. Но в рассказе о трудах и днях Резерфорда такими двумя годами пренебречь нельзя.
Между тем все' что точно известно об его исследовательских работах на протяжении этого двухлетия, ни прямо, ни даже косвенно к поискам модели атома не относится.
С Туомиковским он изучал детали распада радона; с Болгвудом - порождение гелия радием; с Гейгером - испускание альфа-частиц ураном и торием; в одиночестве обследовал свойства полония, действие альфа-лучей на стекло, свечение различных веществ под влиянием альфа-радиации… А главное, чем занята была на протяжении той двухлетней поры его мысль, спряталось в глубинах потока жизни и осталось невидимым. Оно превратилось в гигантозавра, нуждающегося в реставрационном восстановлении. А для этого - помните? - нужны лишь «одна берцовая кость и сорок баррелей гипса».
Раздробленная берцовая кость - случайные свидетельства Марсдена, Дарвина, Гейгера., Гипс - психологические догадки. Поневоле - только догадки. По необходимости - психологические.
Суть в том, что надо как-то себе объяснить, куда ушли два года. Наука - дело человеческое. Независимы от личности исследователя лишь ее итоги. Но путь к ним - его жизнь. И часто история открытия связана с духовным складом ученого нисколько не меньше, чем с научными предпосылками успеха.
Двухлетняя история рождения планетарного атома тем замечательна, что это повесть по преимуществу психологическая. Она совсем не похожа на историю открытия превращения элементов.
Там в течение полутора лет накапливались данные для верного решения проблемы. Было долгое плаванье. Был День птиц.
Был День Земли. А здесь от старта до финиша мог пройти вечер. Могла пройти неделя. Мог пройти век. Когда человек подходит к краю пропасти, он сознает: преодолеть ее можно только в один прыжок. И время надобно не на техническое решение проблемы прыжка, а на созревание решимости прыгнуть.
Но сначала надо выстоять перед лицом пропасти. Не позернуться к ней спиной. Что это значит?
Когда жизнь и труды основоположников великой физики нашего века станут предметом календарно-педантического изучения, может неожиданно выясниться, что в 1909-1910 годах Эйнштейн или Планк, Лоренц или Томсон вовсе не оставили без внимания статью Гейгера - Марсдена об отражении альфа- частиц. Очень легко представить, что каждый из них в один прекрасный день - а сегодня кажется, что на это вполне хватило бы тихого дня за письменным столом, - теоретически начерно рассмотрел так ясно обрисовавшуюся задачу. И, сразу убедившись, что механизм многократного рассеяния не работает, логически неизбежно дошел до атомной модели с тяжелой заряженной сердцевиной. И каждый тотчас с огорчением убедился, что такой логичный атом - иллюзия: законы природы, открытые максвелловской электродинамикой, обрекают его на мгновенное вымирание! Каждый увидел мышеловку.
Или, если угодно, пропасть. И каждый, издавна обремененный собственными «проклятыми вопросами», не стал впадать в гамлетизм еще и по новому поводу. Отвернулся и ушел. Исписан- ные листки бумаги полетели в корзину.
Такое подозрение не совсем лишено оснований. Осенью 1913 года Дьердь Хевеши написал Резерфорду о своем разговоре с Эйнштейном в Вене: «Он сказал мне, что однажды пришел к подобным идеям, но не осмелился их опубликовать».
Речь шла об идеях Бора, спасших резерфордову модель. И признание Эйнштейна означало, что он до Бора думал об устройстве атома и заглядывал в ту же пропасть, в какую заглянул Резерфорд. И даже примерился к прыжку. Но отступился и отошел в сторону. (Случилось бы нечто неправдоподобное, если бы.произошло иначе, он ведь уже пребывал в то время в головокружительном прыжке через пропасти теории тяготения и общей системы мироздания.) Резерфорд выстоял. А потом созрела решимость.
Манчестерский математик Чарльз Дарвин - внук великого сэра Чарльза Дарвина - запомнил, как Резерфорд произнес однажды эту фразу. Для учебника она бы не годилась.
Но в ней звучало уже нечто новое по сравнению с прежним, строго и сдержанно отчеканенным: «Атомы - средоточия сильных электрических полей». И произнесена была эта фраза не с кафедры.
Шло традиционное чаепитие. Ежедневно, после полудня, все сотрудники лаборатории поднимались наверх - в комнату физпрактикума по радиоактивности, неподалеку от кабинета шефа, чтобы передохнуть за этим непринужденным обрядом. Чай подслащивали сахаром, печеньем и - главное - незапрограммированной беседой обо всем на свете. В отличие от томсоновских чаепитий в Кавендише тут не запрещалось говорить и о физике. Если днем шеф куда-нибудь отлучался на своем «уолслее-сиддлее», к этой церемонии он возвращался. Он любил ее. Там царили естественность и дружелюбие. Кому было что сказать, говорил, не испрашивая слова. И Резерфорд обычно с веселым оживлением выкладывал своим мальчикам то, что нынче пришло ему в голову. (Так бывало неизменно, уверяет Гейгер.) За этим-то чайным столом Резерфорд и сказал однажды об «ужасающих силах». Сказал и, как удостоверил Дарвин, сразу оставил эту тему. И в другой раз внезапно повторил ту же фразу и тотчас осекся. И в третий раз вернулся на круги своя и - замолк…
Более чем ясно: обсуждать еще не выношенную идею ему, как всегда, не хотелось. Но вынашивать ее наедине стало ему теперь еще трудней, чем прошлой осенью в Виннипеге.
Теперь тоже стояла осень. 1910 год подходил к концу. Хотя Дарвин не задатировал свое воспоминание, отнести его к более раннему времени нельзя: только осенью 1910 года Дарвин начал бывать на манчестерских чаепитиях, сменив в это время Бэйтмена на посту лабораторного математика.
Так, стало быть, даже через полтора года после завершения работы Гейгера - Марсдена атомная модель Резерфорда была еще совсем не готова? Да, перед его мысленным взором к этому времени лишь забрезжил образ могучего центрального тела в атоме: образ вещественного источника «ужасающих сил».
По трем приметам строился образ этого центрального тела: оно мало по объему, раз атом почти пуст; оно несет большой заряд, если его электрическое поле способно отбросить назад альфа-частицу; оно велико по массе, поскольку в итоге силового единоборства резко изменяется не его собственное движение, а движение частицы.
Так как же выглядит атом в целом?
Он думал об этом на континенте - в сентябрьском Мюнхене, где в обществе старых друзей, Бертрама Болтвуда и Отто Хана, спокойно отдыхал, готовясь к предстоящему Всемирному радиологическому конгрессу в Брюсселе. Они ходили в знаменитую Мюнхенскую пинакотеку и говорили о радиевом стандарте. Ездили на поклон к великому органику Байеру и спорили о номенклатуре радиоэлементов. Просиживали вечера в баварских пивных и обсуждали план Словаря радиоактивности. Но все равно он думал о своем. Мысленно осматривал и ощупывал атом.
Он втайне был занят этим и в бельгийской столице - в дни самого конгресса, когда редких часов отдыха и молчания не хватало даже на сон. («Я провел в Брюсселе четыре дня, разговаривая по 18 часов из 24, так что не удивился, потеряв голос», - писал он 16 октября матери.) И с еще большим трудом, чем раньше, удерживался он в потоке непрерывного говорения от соблазна выдать коллегам и сделать предметом шумной дискуссии свои конструкторские идеи. Он знал теперь о возможном устройстве сквозного атома довольно много, но знание это было малоутешительным.
Как мнимо-развлекающийся Гамлет при встрече с актерами, он все время думал о своем. Однако не столько предвкушал мышеловку для короля, сколько чувствовал себя пойманным в мышеловку. В самом деле, невозможно отделаться от ощущения, что он снова, и на этот раз вовсе не по личному поводу, такому, как переезд из Кембриджа в Монреаль, впал в несвойственный ему гамлетизм. Только этот припадок в отличие от первого не задокументирован его собственными признаниями. (Но, пожалуй, довольно и того, что рассказал Дарвин: вто ли не похоже на Гамлета - делая решительный шаг и уже произнося слова об ужасающих силах, вдруг осадить себя и замолкнуть! «Если тут перестараться или недоусердствовать, непосвященные будут смеяться, но знаток опечалится…»*) Образ сквозного атома с заряженным массивным телом в центре стал мышеловкой для его конструкторской мысли потому, что немедленно потребовал ответа на вопрос: а как заряжено центральное тело - положительно или отрицательно?
Простейший этот вопрос провоцировал массу неприятностей.
Для статистической картины рассеяния альфа-частиц на любые углы - малые и большие - знак заряда сердцевины атома совершенно безразличен. Если этот заряд «+», то альфа-частица, пролетая сквозь атом, отталкивается центральным телом. Й отклоняется от прямого своего пути, скажем, вправо. Если знак заряда «-», то она притягивается сердцевиной атома., И отклоняется в своем полете влево. Атомов в мишени тьма. Частиц в альфа-луче множество. Отклонения во все стороны осу- * «Гамлет». Перевод Б. Пастернака. 23 Д. Данин ществляются с равной вероятностью. И если бы в опыте внезапно изменился знак заряда атомных сердцевин - был «+», а стал «-», или наоборот, - в картине рассеяния не изменилось бы ничего.
Но, может быть, отраженные частицы - рассеянные на столь большие углы, что они возвращаются от мишени назад, - давали информацию о знаке заряда центрального тела в атоме? Тоже нет. И по той же причине.
Хотя возвращение вспять - результат взаимодействия альфа-частицы с единичным атомом, она переживает это редкое событие под влиянием все тех же сил электрического отталкивания или притяжения. Такой частице просто очень повезло: ей удалось пролететь совсем близко от сердцевины одного из атомов мишени. Ведь силы взаимодействия быстро растут с уменьшением расстояния между зарядами. Когда расстояние мало, силы громадны.
И если заряд сердцевины «+», она способна отбросить назад положительную частицу, осмелившуюся подлететь к ней слишком близко. А если заряд центрального тела «-»? Тогда действуют силы притяжения и начинает казаться непонятным, по какой причине альфа-частица должна повернуть обратно. Да по той же причине, по какой наша Земля, приближаясь к Солнцу, не может оторваться от него и улететь в мировое пространство. Именно силы притяжения - только не электрического, а гравитационного - заставляют планету, летящую мимо Солнца, огибать его и снова появляться по сю сторону сцены. Так и при отрицательно заряженной сердцевине атома альфа-частицу заставят обогнуть ее и вернуться обратно силы притяжения. Ив говорит, что для этого случая Резерфорд рисовал себе образ кометы, по гиперболе облетающей Солнце.
Вот так и получалось, что картина рассеяния совершенно не зависела от знака заряда центрального тела. Она зависела лишь от величины этого заряда. И от массивности этого тела.
И от его малости.
Малость была особенно важна. Делалась тотчас понятной редкость актов отражения. Уже не вызывало удивления, почему из восьми тысяч альфа-частиц, упавших на мишень, всего одна получала шанс пролететь настолько близко от сердцезины какого-нибудь из атомов, чтобы испытать всю мощь ее отталкивания или притяжения.
А заодно легко объяснялось, почему с утолщением мишени росло число отраженных частиц. Сделать мишень толще значило поставить на пути каждого альфа-снаряда больше атомов. Естественно, увеличивалась вероятность «попадания в цель». Но вместе с тем становилось ясно, что у толщины мишени должен быть предел, за которым число отражений уже не сможет увеличиваться. Ведь каждая отраженная частица проделывала путь обратно и на этом обратном пути снова встречала толпу атомов.
Поэтому с толщиной убывала вероятность вырваться после отражения наружу. Так одна вероятность росла, а другая уменьшалась. Должно было наступать равновесие. Гейгер и Марсден действительно наблюдали его на опыте.
В общем идея маленького, но могучего центрального тела в атоме работала хорошо! Однако какой же заряд оно несло:
«+» или «-»? Не зная этого, можно ли было сконструировать атомную модель?! Из двух вариантов верным мог быть один.
Следовало сделать выбор.
И тут-то захлопнулась мышеловка.
Стоило допустить, что сердцевина заряжена отрицательно, как снова выползали наружу неправдоподобные черты томсо- новской модели. Если в центре заряд «-», значит там сосредоточены атомные электроны. Но там же, по исходной идее, сконцентрирована основная масса атома. Стало быть, снова появлялось на свет многотысячное скопление электронов. И снова появлялась призрачная - почти невесомая - сфера с положительным зарядом, ибо надо же было как-то обеспечить нейтральность атома в целом. А при распаде радиоактивных атомов откуда брались тяжелые положительно заряженные альфа- частицы?.. Смущающие и безответные вопросы обступали толпой.
Но стоило допустить, что сердцевина заряжена положительно, как возможная атомная модель вообще становилась эфемерной. На первый взгляд все получалось красиво и убедительно. Нейтральность достигалась естественно и просто: в центре тяжелый заряд «+», вокруг легкие электроны с зарядом «-». Понятно, почему электроны так легко отрываются от атомов и становятся свободными: они живут вдали от сердцевины и связь их с нею не очень прочна - ее несложно нарушить. Даже трением можно наэлектризовать многие тела. (Старые добрые школьные опыты!) И за атомный вес в такой модели несут ответственность не электроны, а центральный тяжелый положительный заряд. И становится понятно, откуда берутся при радиоактивном распаде альфа-частицы: их выбрасывает в результате каких-то внутренних процессов массивная атомная сердцевина. И наконец, легко удовлетворяются такой моделью требования теоремы Ирншоу. Конечно, электроны не покоятся вдали от центрального заряда; они вращаются вокруг него. Так, значит, в довершение всех достойлств этого атома, он еще и устойчив? Когда бы так, лучшего действительно нельзя было бы пожелать. Но в том-то и заключалась беда, что такой аюм существовать не мог.
Он не мог существовать по законам электродинамики Максвелла. Эти законы утверждали: если заряд движется с ускорением, он излучает электромагнитные волны. А вращение - это движение с ускорением. Значит, электроны в таком атоме обречены были бы непрерывно излучать энергию. Иными словами, непрерывно терять то единственное, что могло бы позволить им неограниченно долго противиться притяжению положительно заряженной сердцевины. Им предстояло бы неотвратимо к ней приближаться, и свет, испущенный ими при этом, был бы сигналом бедствия. Атом неизбежно перестал бы существовать. И на всю его эфемерную жизнь понадобились бы не века, а мгновенья.
Так захлопнулась мышеловка. Безнадежно выглядели оба варианта: и с зарядом «-» и с зарядом «+». Было отчего впасть в гамлетизм.
Нетерпеливый, алчущий скорых решений, Резерфорд продолжал обдумывать оба варианта с вынужденным долготерпением дюжины Иовов. Другого выхода не оставалось: атом существовал и, следовательно, как-то был устроен!
В те последние месяцы 1910 года, когда всеми своими догадками и сомнениями жил он в близком будущем атомной физики, все вокруг точно сговорилось назидательно напоминать ему об его прошлых исканиях. И наверное, это было хорошо.
В Брюсселе он увиделся с Марией Кюри. Впервые после гибели Пьера. Он относился к ней с давней удивленно-почтительной любовью. «Она очень трогательная - патетическая - фигура», - писал он матери. А она однажды сказала о нем журналистам:
Д-р Резерфорд - единственный из живущих, кто обещает даровать человечеству, как итог открытия радия, неоценимое благо. Я бы посоветовала Англии беречь д-ра Резерфорда…
И когда она произносила эти слова об единственном из живущих и когда давала Англии этот совет, ею, как всегда, как всю жизнь, владело ее неустранимое горе и думала она о другом единственном, не убереженном Францией. Встреча с нею была и радостной и тягостной. «Она выглядела очень изнуренной и усталой и гораздо старше своих лет», - писал Резерфорд. И понимая, отчего это так, тоже думал об ушедшем.
Ожило в памяти их свидание в Париже семь лет назад, в доме Ланжевена. И сияние радия в летней ночи. И беседа о радиоактивном распаде - об очевидной сложности атомных миров.
Вспомнилась шутка Лармора - «лев сезона». Вспомнилось, что тогда как раз и начался его альфа-роман. Все-таки он верно почувствовал, что альфа-частицы поведут его в глубины вещества! Так откроется ли ему вслед за делимостью и превращением атомов их внутреннее строение? Сидя рядом с Марией Кюри на заседаниях узкого комитета по установлению радиевого стандарта, где родилась идея назвать «кюри» единицу активности распадающихся элементов, он вспоминал минувшие споры и с благодарностью думал о том, что эта рано состарившаяся, некогда прекрасная и всегда героически стойкая женщина неизменно оказывалась его самым близким единомышленником. И думая о ней, нельзя было даже помышлять о капитуляции перед любыми сложностями задачи…
А когда он возвращался из Бельгии домой, осипший до немоты, воспоминания вдруг отбросили его еще дальше назад.
Осенняя непогода прибавила к потере голоса другую беду - распухла щека и старая знакомая, невралгия, гибкой болью свела лицо. И, высадившись на английском берегу, он почувствовал себя неблагоустроенным беднягой - почти как пятнадцать лет назад, когда в таком же осеннем Лондоне он никого еще не знал и гостиничный слуга таскал ему от аптекаря- серные мази, а в саквояже лежал черновой вариант его магнитного детектора, а из Кембриджа все не приходило письмо от Томсона, а в таверне кто-то сказал за его спиной: «Киви?
Киви!» - большая птица, да нелетающая… И эти воспоминания были как сон в руку: ему еще не случалось терзаться затянувшейся безрезультатностью долгих исканий, и он уже начинал терять уверенность в себе, и полезно было для самоутверждения нечаянно оглянуться на былую неблагоустроенность старта. Киви? Ну, это мы еще посмотрим!..
А в конце октября разнообразные дела и обязанности снова привели его в Лондон, и судьба приготовила ему встречу с временами еще более давними. Биккертон! Да, да, крайстчерчский еретик старческой ладонью гладил его по плечу и глядел на него неукротимыми глазами. С годами его старый учитель стал чудаковат, как случается это со всеми еретиками, упрямо и одиноко живущими в своем придуманном мире, где они властвуют бесконтрольно, награждая самих себя знаками высокого отличия и коллекционируя гордые обиды на обыкновенный мир ортодоксов..Тремя годами позднее Резерфорд улыбался точности, с какой написал ему о Биккертоне молодой венгр - д-р Дьердь фон Хевеши, радиохимик, некоторое время работавший в Манчестере. Хевеши встретил Биккертона на конгрессе Би-Эй в Бирмингаме и был вместе с ним на экскурсии в Кенильвортском замке.
Он старый чудак и одна из тех комических фигур, какие вы найдете на любом конгрессе, - писал Хевеши.- Возвращаясь из Кенильворта, мы задержались в Лимингтоне, где мэр принимал и провожал нас. Когда, стоя на платформе, мэр ненароком разговорился с Биккертоном, его поразили благородство и разносторонность старика, и после секундного колебания он приподнял свой серый цилиндр и спросил, не сэр ли Оливер Лодж перед ним.
«Не столь знаменит, но более велик», - последовал мгновенный ответ, и поезд тронулся от платформы. Мне никогда не забыть этой сцены.
Непредвиденная встреча с учителем в октябре 1910 года была отрадна Резерфорду. Он слушал старика и вспоминал начало начал - свой укромный дэн в подвале колледжа - и прикидывал, сколько же лет теперь Биккертону. Получалось - около семидесяти. А старик с прежней уверенностью и нерастраченными надеждами говорил, как много обещают его умозрительные астрономические построения, памятные Эрнсту со студенческой поры. «Он пытается пустить в ход свою теорию столкновений звезд», - написал Резерфорд матери о лондонских планах Биккертона. И думал о том, что сам он, в сущности, тоже занят теорией подобных столкновений в микро-вселенной атома, да только не знает, как «пустить в ход» уже сконструированный механизм этих незримых событий. Нечаянная встреча снова продемонстрировала ему образец духовной стойкости. Правда, в проявлении не самом плодотворном - чудаческом, напоминающем сверхстойкость изобретателей вечного двигателя. Но все-таки двадцатилетняя верность собственному замыслу была вдохновляюще убедительна. (Один мемуарист, наверняка без достаточных оснований, заметил даже, что студенческие воспоминания Резерфорда о биккертоновой «теории коллизий» сыграли какую-то научную роль в создании планетарной модели атома. Гораздо справедливей другое - Резерфорду помог былой математический тренинг у строгого Дж. Кука: в нужный момент ему припомнилась теория конических сечений - эллипсов, гипербол, парабол - и с легкостью, удивившей молодого Дарвина, он применил к делу аппарат аналитической геометрии.)
Той же пойдней осенью 1910 года случай еще раз свел его с прошлым - совсем уж далеким. Таким далеким, что в раздумьях о нем его собственная память даже и участвовать-то не могла. Ему пришлось возглавить церемонию открытия новой инженерно-физической лаборатории в Данди - довольно крупном портовом городе на берегу Северного моря в заливе Ферт-оф-Тэй.
Рядом лежал Перт - земля его шотландских предков. Он сознавал: отцу будет приятно услышать, что его, Эрнста, принимали в Данди, как высокого гостя. И он написал об этом в Пунгареху. А в памяти возникли семейные предания. И среди них рассказ о том, как в 1841 году, за тридцать лет до его, Эрнстова, рождения эмиссар Новозеландской компании полковник Томе соблазнил деда Джорджа отправиться с семьею за океаны в благословенные Антиподы - на дикие острова маорийцев, всего за год до этого присоединенные волею божьей к владениям британской короны. «Ты поставишь лесопилку в Мотуэке и станешь богат и счастлив». Ожил перед глазами старый дагерротип - выразительный портрет сильного человека: просторный лоб, клубящиеся бакенбарды, тяжелые мешки под глазами, полными жизни и проницательности, массивный нос с горбинкой и вольно изогнутый рот насмешника, крепкая шея и широкая грудь. Губернатор? Глава торгового дома? Директор театра? Не угадать. Менее всего - колесный мастер…
Маленький парусник «Феб Данбар» ушел в далекое плаванье отсюда - от дандийских причалов. Молчаливые рыбаки и женщины с заплаканными глазами толпились на берегу. Эмигранты уходили навсегда. Тогда, как и сейчас, стояла глубокая осень.
И, глядя в туманную даль за спокойными водами Ферт-оф-Тэя, Резерфорд пытался представить себе другой туман - семидесятилетней давности, медленно поглотивший поднятые навстречу неизвестности паруса. И долго виделась ему на борту уходящего парусника грузная фигура деда с трехлетним мальчиком на руках - будущим его отцом. И ему сжало горло.
И с силой подлинника представилось, как шесть с половиной месяцев - двести дней и ночей - нянчили отца и деда два океана, безвозмездно уча независимости и стойкости. И как все мальчики на свете, вдруг окунулся он в нестерпимое презренье к самому себе за то, что не выпали на его долю такие испытания. И как многие внуки-интеллигенты в час раздумья о дедах, он поймал себя на терзающей мысли, что в нем и его профессорском существовании измельчается некогда могучий род. Но тут же, на минуту поставив себя на место деда, подумал, как безмерно возгордился бы Джордж Резерфорд, узнав, что внук его сделался членом Королевского общества и сверх того - мировой знаменитостью. Колесный мастер с внешностью губернатора не понял бы мимолетных терзаний внука - академика с внешностью фермера. Но разум хитер: только этого внуку и хотелось. Ему хотелось еще раз и въявь ощутить себя достойным продолжателем рода отчаянно-предприимчивых людей. И постояв на причалах Данди, он сполна ощутил это. И хорошо, что случай привел его той осенью в Шотландию на берега Ферт-оф-Тэя.
К декабрю 1910 года его решимость созрела. Точнее, сначала он выстоял, а потом пришла решимость. Впрочем, иному читателю может вообще показаться нелепым это полупсихологическое восстановление двухлетней истории создания планетарной модели атома. Особенно если этот читатель историк физики, да еще строгий, не терпящий домыслов и отступлений от голых фактов. Такому историку, если бы он начал эту эпопею вопреки обыкновению не с древних греков или еще более древних китайцев, а с самого Резерфорда, голых фактов хватило бы на два абзаца. И получилось бы безупречное цезаревское:
«Пришел, увидел, победил». Но безупречным оказался бы только сам лаконизм. И освещенными - два вопроса: «Откуда пришел?» и «Что увидел?» А для ответа на третий - «Как победил?» - задатированных и запротоколированных фактов не нашлось бы. Их попросту нет. Однако два-то года прошли! Они-то были! И разве они могли не быть порой произрастания победы - скрытой историей крупнейшего из резерфордовских достижений?! Конечно, в энциклопедической справке можно ими пренебречь: подробности не важны sub specie eaternitatis - с точки зрения вечности, как сказал бы лучший латинист Нельсоновского колледжа для мальчиков. Но в рассказе о трудах и днях Резерфорда такими двумя годами пренебречь нельзя.
Между тем все' что точно известно об его исследовательских работах на протяжении этого двухлетия, ни прямо, ни даже косвенно к поискам модели атома не относится.
С Туомиковским он изучал детали распада радона; с Болгвудом - порождение гелия радием; с Гейгером - испускание альфа-частиц ураном и торием; в одиночестве обследовал свойства полония, действие альфа-лучей на стекло, свечение различных веществ под влиянием альфа-радиации… А главное, чем занята была на протяжении той двухлетней поры его мысль, спряталось в глубинах потока жизни и осталось невидимым. Оно превратилось в гигантозавра, нуждающегося в реставрационном восстановлении. А для этого - помните? - нужны лишь «одна берцовая кость и сорок баррелей гипса».
Раздробленная берцовая кость - случайные свидетельства Марсдена, Дарвина, Гейгера., Гипс - психологические догадки. Поневоле - только догадки. По необходимости - психологические.
Суть в том, что надо как-то себе объяснить, куда ушли два года. Наука - дело человеческое. Независимы от личности исследователя лишь ее итоги. Но путь к ним - его жизнь. И часто история открытия связана с духовным складом ученого нисколько не меньше, чем с научными предпосылками успеха.
Двухлетняя история рождения планетарного атома тем замечательна, что это повесть по преимуществу психологическая. Она совсем не похожа на историю открытия превращения элементов.
Там в течение полутора лет накапливались данные для верного решения проблемы. Было долгое плаванье. Был День птиц.
Был День Земли. А здесь от старта до финиша мог пройти вечер. Могла пройти неделя. Мог пройти век. Когда человек подходит к краю пропасти, он сознает: преодолеть ее можно только в один прыжок. И время надобно не на техническое решение проблемы прыжка, а на созревание решимости прыгнуть.
Но сначала надо выстоять перед лицом пропасти. Не позернуться к ней спиной. Что это значит?
Когда жизнь и труды основоположников великой физики нашего века станут предметом календарно-педантического изучения, может неожиданно выясниться, что в 1909-1910 годах Эйнштейн или Планк, Лоренц или Томсон вовсе не оставили без внимания статью Гейгера - Марсдена об отражении альфа- частиц. Очень легко представить, что каждый из них в один прекрасный день - а сегодня кажется, что на это вполне хватило бы тихого дня за письменным столом, - теоретически начерно рассмотрел так ясно обрисовавшуюся задачу. И, сразу убедившись, что механизм многократного рассеяния не работает, логически неизбежно дошел до атомной модели с тяжелой заряженной сердцевиной. И каждый тотчас с огорчением убедился, что такой логичный атом - иллюзия: законы природы, открытые максвелловской электродинамикой, обрекают его на мгновенное вымирание! Каждый увидел мышеловку.
Или, если угодно, пропасть. И каждый, издавна обремененный собственными «проклятыми вопросами», не стал впадать в гамлетизм еще и по новому поводу. Отвернулся и ушел. Исписан- ные листки бумаги полетели в корзину.
Такое подозрение не совсем лишено оснований. Осенью 1913 года Дьердь Хевеши написал Резерфорду о своем разговоре с Эйнштейном в Вене: «Он сказал мне, что однажды пришел к подобным идеям, но не осмелился их опубликовать».
Речь шла об идеях Бора, спасших резерфордову модель. И признание Эйнштейна означало, что он до Бора думал об устройстве атома и заглядывал в ту же пропасть, в какую заглянул Резерфорд. И даже примерился к прыжку. Но отступился и отошел в сторону. (Случилось бы нечто неправдоподобное, если бы.произошло иначе, он ведь уже пребывал в то время в головокружительном прыжке через пропасти теории тяготения и общей системы мироздания.) Резерфорд выстоял. А потом созрела решимость.