Страница:
Он пропускал этот ток через соленоид - проволочную спираль, плотно намотанную на стеклянную трубочку.
В трубочку вкладывал свои спицы, иглы, кусочки фортепьянных струн. Неизменное магнитное поле постоянного тока исправно намагничивало их. …Можно было бы рассказать, как надоедало ему крутить электростатическую машину Фосса. Правда, об этом он не упомянул в локкайеровской лекции, сознавая, что не все его и поняли бы: к тому времени уже мало кто в физических лабораториях Европы наглядно представлял себе это старинное устройство. Но он-то его не забыл!
Однако если не очень привередничать, то и машина Фосса все-таки была хороша! Такая простая, что в ней нечему было портиться, она служила ему безотказным источником электрических зарядов.
Он заряжал с ее помощью конденсатор - обыкновенную Лейденскую банку. Накапливающая на своих обкладках большой заряд, эта банка становится как бы электрической пружиной. Замкнуть обкладки проводником - все равно что отпустить пружину: в замыкающем контуре возникают колебания лавины зарядов. Эрнст любил апокрифический рассказ Вивиани о тончайшей наблюдательности молодого Галилея. В часы богослужения в Пизанском соборе, следя за качаниями люстры и отсчитывая равные промежутки времени по пульсу в своей руке, Галилей набрел на простую формулу для частоты колебаний маятника. Почти за двадцать лет до рождения Эрнста, в 1853 году, боготворимый учительницей Мартой лорд Кельвин вывел по сходству столь же простую формулу для частоты колебаний электрических.
По ней Резерфорд и вычислял частоту разрядов в контуре, замыкающем его Лейденскую банку.
…Можно было бы рассказать, как в берлоге Эрнста десятки раз на дню вспыхивало яркое трескучее свеченье. И как поначалу другие студенты невольно поворачивали головы в ту сторону: «Уж не случилось ли что-то неладное у нашего Эрни!» Потом привыкли. Это стало рутиной. Для них, как и для него. В длительной экспериментальной работе всегда воцаряется такая рутина повторяющихся операций. Он тогда впервые почувствовал это. Почувствовал и полюбил. Быть может, увидел в этом нечто подобное рутинному ходу часов: все-таки каждая секунда - новая, и время идет вперед и приближает час, ради которого запускается терпеливый маятник эксперимента, - час удачи. Или разочарования в предвзятой идее.
Для науки и оно равносильно открытию. Исследователю достается горечь, исследованию - прибыток.
Да, хоть и однообразны, но хороши были те ежедневные серии голубоватых вспышек и тревожных потрескиваний!
Он разряжал Лейденскую банку через спираль своего соленоида. По спирали метался быстропеременный ток, внутри стеклянной трубочки металось быстропеременное магнитное поле. И за каждое полное качание этого сумасшедшего магнитного маятника Эрнстовы спицы, иглы, кусочки фортепьянных струн успевали испытать магнитное воздействие в двух прямо противоположных направлениях.
Его волновал итог этой бешеной смены противоположных событий. …Можно было бы рассказать, как появлялся в дэне пятидесятилетний Биккертон, усаживался поудобнее на венском стуле, закидывал ногу за ногу и, дивясь уверенности, с какою работал его двадцатичетырехлетний ученик, принимался размышлять о таинственной силе магнетизма. Да, разумеется, молекулы железа - элементарные магнитики. Однако откуда берется у них это свойство? Тут поднимался туман произвольных гипотез, ибо сам господь-бог тогда еще ничего не знал о внутриатомном мире. (Ах, если бы подозревал Биккертон, что именно его ученик станет с годами Колумбом этого мира!) Учитель гадал увлекательно, даже вдохновенно. Но будущий Колумб слушал вполуха. В те часы ему было не до того.
Скользящий зайчик зеркального магнетометра поглощал все его внимание. И непредвиденные странности эксперимента занимали все его мысли. У Биккертона каждый раз находились новые нереальные идеи. У него - новые реальные заботы.
И все-таки эти отвлекающие посещения Биккертона тоже бывали хороши! Отрадны: в них сквозила вера профессора в его успехи, они противостояли заведенному ритму лабораторных хлопот. Онн подстегивали воображение. В одну из таких минут пришло ему в голову счастливое решение маленькой экспериментальной трудности.
Измеряя магнетизацию игл и спиц при высокочастотном разряде, он вскоре заметил: она пропорциональна не величине объема, а только величине поверхности этих кусочков железа. Стало быть, намагничивался лишь внешний их слой? Надо было это воочию доказать. На столе появилась спиртовка. Над спиртовкой - штатив. На штативе - водяная ванночка. В ванночке - сосуд с азотной кислотой. В сосуде - подвеска с прошедшей намагничивание иглой. А перед всем этим сооружением - зеркальный магнетометр.
Азотная кислота растворяла железо. Равномерно таял намагниченный слой. И зайчик магнетометра, вначале отклонившийся по шкале далеко вправо, медленно отползал обратно, к нулю. Он доползал до нуля, когда диаметр растворяющейся иглы успевал уменьшиться всего на тысячные доли дюйма. Это и была глубина намагничивания…
Этот остроумный способ изучения скин-эффектов (от английского skin - кожа) стал со временем очень распространенным. Молодой Резерфорд додумался до него, по-видимому, без чужой подсказки. …Можно было бы рассказать, как у ворот колледжа его порою ждала в назначенный час Мэри Ньютон! Они уславливались вместе идти домой. Но он только на минуту выбегал к ней - без плаща, вобрав голову в плечи под ударами зимнего ветра. Жаловался, что не успел окончить серии измерений с новым контуром. Обещал примчаться через час. Приплетался через три.
Но в конце концов и эти засиживания в лаборатории бывали на редкость хороши! Вечерами, в тишине и безлюдье, всего лучше работалось. Сердился мистер Пэйдж: это было нарушением порядка. Но он пренебрегал возражениями мистера Пэйджа. Ассистент профессора мог укорять его в самомнении, высокомерии, бесцеремонности. Ему это было неважно, лишь бы ключ от лаборатории находился в его руках. …Можно было бы рассказать, как сделался он неисправным абонентом библиотеки Философского института и библиотеки колледжа: в ту зиму у него залежались сверх всякого допустимого срока «Абсолютные измерения» Грэя, «Современные взгляды на электричество» д-ра Лоджа и выпуски лондонского «Philosophical magazine» («Философского журнала») за 1891 год с работами Дж. Дж. Томсона и Дж. Троубриджа. Заокеанские и местные издания сначала пластались раскрытыми на стульях в его дэне. Потом он сложил их стопкой - они от- служили свое. Его неизменным собеседником остался Герц.
Впрочем, не только Герц.
Однажды появилось на его столе третье издание исторического «Трактата» Максвелла. Оно вышло в Англии в 1893 году. Кавендишевский профессор Дж. Дж. Томсон снабдил максвелловский трактат объемистым добавлением: «Новые исследования по электричеству и магнетизму». Эрнст был едва ли не первым, кто прикоснулся к этому изданию в Новой Зеландии. По словам Нормана Фезера, оно произвело на молодого Резерфорда громадное впечатление. Может быть, тогда-то, переносясь мыслями в Англию, юноша из Пунгареху и начал впервые мечтать именно о Кавендишевской лаборатории. Может быть, тогда-то ему и захотелось стать учеником и сотрудником именно Дж. Дж., а не какой-нибудь другой британской знаменитости. …Многое можно было бы рассказать. И стоило бы рассказать, когда бы та первая работа Эрнста Резерфорда явилась важным звеном в истории познания природы. Однако, как это ни огорчительно для автора жизнеописания, в ней не содержалось откровений. Она не возвещала миру о возникновении новых физических представлений. В ней была исследована всего лишь частная - и отнюдь не принципиальная - проблема из неисчерпаемой области электромагнитных явлений. Но разве тогда недостаточно было бы упомянуть о магистерской диссертации Резерфорда вообще лишь в двух строках?
Все дело в том, что одно неоценимое и бесспорно эпохальное открытие в той диссертации все-таки содержалось: в ней Эрнст Резерфорд открыл для физики самого себя!
«Уменье задавать Природе простые и незапутанные вопросы…»
«Способность идти к самому сердцу проблемы…»
Это было сказано о зрелом Резерфорде. В тех же выражениях современники говорили об Эйнштейне. Известный радиофизик Эдвард Эпплтон, которому принадлежат эти слова, уверяет, что никто не будет разочарован, если попытается и в самом раннем исследовании молодого новозеландца обнаружить те же черты.
И вправду: всего удивительней в первой работе Эрнста Резерфорда то, что она… первая! Такое начало и впрямь заставляет вспомнить великие реки, не знающие поры родникового детства: те, что проливаются из глубоких озер, как из переполненной чаши. Нил, Ангара, Св. Лаврентий… Избыточная пышность этого сравнения искупается его точностью.
А гарантия точности надежна: до 7 ноября 1894 года - в тот день он зачитал свою диссертацию на собрании членов Кентерберийского философского института - в его послужном списке физика-экспериментатора не значилось ничего. Ничего!
Никаких «робких попыток», «первых шагов», «простительных ошибок», «неумелых опытов». Никаких родничков и ручейков.
Сразу - река.
Не странно ли, что проблема магнетизации железа в быстропеременных полях не далась в руки никому из его предшественников? Ни Лоджу, ни Дж. Дж. Томсону, ни Генриху Герцу, не говоря уже об исследователях с менее громкими именами. Все они не пришли ни к каким определенным заключениям, Резерфорд, конечно, изучил их работы, обдумал их мнения. И вынужден был написать в своей диссертации: «Существовавшие экспериментальные данные казались туманными и противоречивыми».
Больше того - он должен был признаться: «Перед началом исследования у меня не было уверенности, становится ли железо магнитным в очень быстро колеблющихся полях или нет».
Может почудиться, что эта неуверенность была чисто психологической: авторитеты молчат, а он, юноша, должен произнести свое «да» или «нет». Однако не в молчании авторитетов было дело. Его смущало нечто неведомое в самом существе явлений. И потому он волновался. Засиживался в лаборатории. Без конца варьировал опыты.
В результате нескончаемых измерений с разными колебательными контурами он услышал, наконец, то, что чаял услышать: многократно подтвержденное «да»! Среди выводов его диссертации есть строки:
В этом исследовании, начавшемся с магнетизации железа при обычных разрядах Лейденской банки, было показано, что железо становится магнитным при частотах, доходящих до 500 000 000 колебаний в секунду.
Сегодня мы сказали бы: «500 миллионов герц» или «500 мегагерц». Сегодня это обычное обозначение радиочастот на светящихся шкалах многоламповых приемников. Но в те времена единица частоты колебаний еще не была названа по имени молодого профессора Боннского университета. В те времена самого слова «радио» еще не было в обиходе человечества.
И хотя Герц сразу стал популярен до чрезвычайности, мысль о трансляции и приеме электромагнитного излучения еще казалась еретической. Влекущей и еретической!
К таким рубежам науки, как на старт интернационального кросса, первой спешит молодежь. Эрнст Резерфорд еще на четвертом курсе вышел на этот рубеж. У его диссертации была своя маленькая история.
Секретарь студенческого Научного общества Кентерберийского колледжа, избравший равнодействующую между Биккертоном и Куком, сдержал обещание, которое дал в своей «тронной речи». Он прочитал в обществе доклад о работах господина Герца - об электрических волнах и колебаниях. И продемонстрировал неотразимо доказательные опыты господина Герца.
И он так сжился с кругом идей немецкого физика, что на кафедре вдруг представился самому себе не студентом-докладчиком, а едва ли не провозвестником этих новых физических истин. Он даже потерял в тот день чувство юмора - в прото- кольном дневнике Научного общества появилась выведенная его рукой довольно самоуверенная фраза об экспериментах,
«выполненных мистером Резерфордом при ассистентуре м-ра Пэйджа и м-ра Эрскина».
Для такого необычного самоощущения была у него, однако, немаловажная причина: томившее его желание как-то продолжить замечательные искания Герца было уже небеспредметным - в голове бродил конструктивный замысел. …Пусть вон там, в дальнем конце аудитории или даже за ее стенами, отчалят от герцевского вибратора - источника электрических колебаний - невидимые электромагнитные волны.
Движущиеся сквозь пространство со скоростью света, они через ничтожную долю секунды будут уже здесь, у этой кафедры.
Но как установить их приход? Какое физическое действие могли бы вызвать эти волны Герца? В каком приборе они сумели бы породить воочию наблюдаемый эффект? Найти бы такое действие, нащупать бы такой эффект… Тогда можно было бы создать детектор электромагнитных волн, регистрирующий их приход даже из далекого далека.
Его мысль работала просто - она искала путь прямо к сердцу проблемы.
В те времена электромагнитное поле еще не рассматривали как физическую субстанцию - как разновидность самой материи. Оно рисовалось физикам чередой возмущений в некоем упругом эфире. В каждой точке эфира, куда успела дойти волна возмущений, как бы начинали качаться два маятника - электрический и магнитный. Один - вверх-вниз, другой - вправо-влево.
И начинали они качаться с той же частотой, с какою где-то вдали - в источнике электромагнитного поля - колебались электрические заряды.
Максвелл дал математическое описание этого круга незримых физических событий. Его теория появилась за семь лет до рождения Эрнста. Вначале непонятая и принятая даже иронически, она была одним из самых бесстрашных и самых красивых созданий физико-математического гения. Существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, вытекало из нее само собой.
Замысливший создание уловителя этих невидимых волн, молодой Резерфорд подумал о магнитной составляющей в силовом электромагнитном поле: раз в любой точке эфира, до которой дошли возмущения, возникает быстро колеблющийся «магнитный маятник», нельзя ли заставить этот маятник работать? А что значит - работать? Самое простое - намагничивать железо. Если это возможно, то вот он, принцип будущего детектора волн Максвелла - Герца!..
Рассказал ли он о своем замысле на том заседании Научного общества, когда ему милостиво ассистировали м-р Пэйдж и м-р Эрскин? Неизвестно. Неизвестно и другое: вполне ли созрел тогда этот замысел. Одно очевидно: он приступал к своей диссертации уже одержимый пьянящей идеей.
Сегодня мы назвали бы ее идеей радиосвязи!
Оттого-то все досаждающее оборачивалось в конце концов светлой стороной. Не батарея Грове была хороша, и не машина Фосса, и не рутина измерений, и не фантазии Биккертона, и не расставания с Мэри под зимним ветром… - замысел был хорош! Хороша была идея! Чаяния были хороши, и молодость, и жизнь, и вера в себя, и вера в будущее…
Все получалось, как он и надеялся втайне. Исчезали самые серьезные сомнения. Магнитный маятник высокочастотного разряда работал: намагничивал стальные иглы! Или размагничивал, если предварительно они были доведены до магнитного насыщения. Это было для него всего важнее: такой эффект легче поддавался количественному наблюдению. И он проникся уверенностью, что электромагнитные колебания, приходящие издалека, будут работать точно так же, как быстропеременное поле внутри стеклянной трубочки его соленоида.
Неспроста дошел он до регистрации частот в 500 миллионов колебаний в секунду: он знал, что с электромагнитной радиацией именно такой частоты (это волны длиною в 60 сантиметров) проводил свои заключительные эксперименты Герц.
Впрочем, наш новозеландец высказал надежду, что железные намагниченные иглы будут «откликаться» на любую частоту - от 100 до 1 000 000 000 колебаний в секунду. Он верил в универсальность задуманного им детектора электромагнитных волн.
Лодж, Томсон, Троубридж… - у них не было цели, которая влекла молодого Резерфорда. И даже у Генриха Герца ее еще не было. Он не успел этой целью задаться. Просто не успел. Его, тридцатисемилетнего, не сумели спасти от заражения крови. Он умер слишком рано. Это случилось 1 января 1894 года, когда в Европе стояла зима, а в Новой Зеландии лето, и бакалавр искусств Резерфорд в Пунгареху как раз готовился к работе над своей магистерской диссертацией.
Так не оттого ли, что у его предшественников не было вдохновляющей цели, их данные о магнетизации высокочастотным разрядом оставались туманными и противоречивыми?
Не было повелевающего стимула для устранения противоречий и прояснения тумана.
А двадцатитрехлетний Эрнст Резерфорд не мог не дойти до конца - ему было зачем идти!
Разумеется, он тогда не знал, что вышел на старт интернационального радиокросса. Не знал, что на другой стороне планеты, в глубине Финского залива, в Кронштадте, на маленьком острове вблизи Санкт-Петербурга, молодой инженер-физик уже многое сделал, чтобы вскоре осуществить передачу и прием первой в мире радиограммы: «Генрих Герц». Не знал, что в Италии уже мучился той же дурманящей идеей юноша, чьи успехи и предприимчивость должны были впоследствии сыграть немалую роль в его, Эрнстовой, судьбе.
Резерфорд не знал, что вышел на старт вторым.
Первым был Александр Попов. Третьим - Гульельмо Маркони.
Все это выяснилось позднее. Гораздо позднее. Попов и Маркони, выбрав иной путь воплощения того же высокого замысла, блистательно исполнили свою историческую миссию.
А он?
То, что вышел он на старт не один и не первый, оказалось везением человечества: дело Максвелла - Герца было прекрасно завершено другими, а напор пионерской мысли новозеландца понадобился истории для иных начинаний. Его гений словно бы освободился для иных великих дел. Это тоже выяснилось позднее.
Единственное, о чем уже и тогда можно было догадаться, это что он - из солдат, несущих в своем ранце жезл маршала. Ему следовало с далекого фланга прибыть к центру боя: покинуть маленькую новозеландскую Англию ради большой, заокеанской.
Оно могло стать еще счастливее прежних. А он мучился мыслью, что оно не будет счастливым вообще. Его, окончившего университет, ждут сейчас дома с совсем особым чувством, а он это чувство поневоле обманет…
Он теперь жалел, что обо всем хорошем поторопился сообщить домой в письмах. Там уже знают, с каким блеском он стал бакалавром наук. Знают, что в очередном томе «Трудов Новозеландского института» за 1894 год его работе отвели щедрое место - тридцать страниц текста и две страницы для схем и кривых. Дома знают уже, что он с успехом начал и второе исследование. Естественное продолжение первого, оно будет называться - «Магнитная вязкость». Он успел похвастаться в одном из писем, что уже придумал конструкцию уникального прибора для этой работы: он сможет измерять стотысячные доли секунды!.. Не расскажи он обо всем этом заранее, сейчас.у него был бы сносный противовес той дурной новости, которую он нарочно утаивал, думая, что все еще устроится. А теперь этой новостью исчерпывалось все, чего еще не знали о нем в Пунгареху.
Впрочем, подумал он с некоторым облегчением, одна добрая новость у него в запасе все-таки есть: перед самым отплытием он закончил первую модель своего магнитного детектора. Он расскажет, как в одном конце лаборатории был помещен вибратор Герца, а в другом - его, Эрнстов, прибор, и как электромагнитные волны, пройдя шестьдесят футов, заметно размагнитили насыщенные иглы. Словом, он расскажет, как впервые принял посланный издалека сигнал!
Такая воодушевляющая новость могла бы, конечно, перевесить любые житейские огорчения, если бы… Если бы научные успехи и жизненные неудачи вели между собой честное единоборство. Но все устроено не так. Законы вращения планет не возмещали Кеплеру пустоты его кошелька, а заражение крови не стало милостивей оттого, что кровь принадлежала Герцу.
Эрнст понимал, что его детектор все равно не утешит отца и мать: случившееся лишало их надежд на возвышение сына. …Он медленно расхаживал по палубе парусного бота. Тут все ему было издавна знакомо: в который уже раз ходил он на этом паруснике из Крайстчерча в Нью-Плимут и обратно в Крайстчерч! И вся немногочисленная команда бота давно уже знала, кто он и откуда, как идут у него дела в колледже и как идут дела на льнотеребилке в Пунгареху. Он взрослел на глазах команды. В свое время здесь с грубоватой дружественностью поздравляли его со степенью бакалавра искусств, а потом - магистра искусств. Поздравили и на сей раз с новым ученым званием. Даже выпили новозеландской водки. Но был он на сей раз неулыбчив и краток в ответах. Ходил по палубе, глядя в океан, точно видел за горизонтом нечто, чего не видели другие.
За горизонтом была Англия.
В первый день плаванья, когда шли к проливу Кука, была она справа за далями двух океанов - Пасифика и Атлантики.
В день второй, когда шли проливом мимо Нельсона, вдоль берегов его детства, была она то спереди, то сзади, смотря по тому, где заставали его мысли о ней - на носу или на корме.
В третий день, за проливом, когда снова потащились на север, была она слева, за далями океанов Индийского и Атлантического - все того же Атлантического, незримого, омывающего недостижимые британские берега.
Словом, была она, Англия, не справа и не слева, не впереди и не позади, а где-то прямо «под ним», на той, другой полусфере Земли. И никогда он не чувствовал себя так явственно ее антиподом, как в дни того невеселого плаванья.
Шкипер подошел к нему и без предисловий осведомился о причинах его мрачности. И он ответил без предисловий:
- Рухнула моя Англия.
Вот и все. Объяснять он ничего не хотел. Между тем эта короткая фраза нуждалась в объяснении.
…История полна пустячных событий, что занимают воображение современников ровно столько времени, сколько длятся.
Потомки о них и вовсе не вспоминают. Но иногда в таких событиях вдруг многозначительно отражается ход времени, и тогда они надолго сохраняются в подробной летописи дел человеческих.
Таким пустячным и все же многозначительным событием была первая Всемирная выставка 1851 года.
Англию называли «зеленым островом» и те, кто никогда не видел ее робингудовских лесов, овечьих пастбищ и старинных парков. Просто издавна повелось окрашивать в зеленый цвет ее территорию на политической карте мира. В течение столетий эта зелень настойчиво расползалась по всем материкам, распрямленным Меркаторовой проекцией земного шара. По навигационным картам в Меркаторовой проекции шли, не меняя однажды взятого курса, корабли английских завоевателей.
И в XIX веке зеленые массивы британских колоний, доминионов, протекторатов стали занимать на просторах Земли гигантскую площадь, в сто девять раз большую, чем сам зеленый остров в северо-западном углу старой Европы. Так двумя-тремя мазками зеленой краски были покрыты в 1840 году и Новозеландские острова на стыке Индийского и Тихого океанов.
Можно ли удивляться, что именно в Англии середины прошлого века возникла и впервые осуществилась идея Всемирной выставки плодов земли, изделий промышленности, произведений искусств и ремесел?
Колониальная империя жаждала свободы предпринимательства и торговли на всех широтах и долготах планеты. Идея выставки была рекламной. Но автором ее почитался принц Альберт. То, что освящалось этим именем, переставало выглядеть деловой операцией. Его уважали. Он никогда не владычествовал, а оставался до самой своей ранней смерти добродетельным и обожаемым супругом «маленькой дамы в сером» - знаменитой королевы Виктории, прожившей чуть не все девятнадцатое столетие и шестьдесят четыре года питавшей иллюзию, будто она правит Британией. Немало англичан-колонистов в заокеанских землях империи были уверены, что только благодаря великодушному попечению принца Альберта возникла и Выставочная стипендия 1851 года для одаренных выходцев из колониальных университетов.
Удостоенные этой стипендии являлись в Англию из своего заморского далека для совершенствования в науках. О великодушии тут не стоило говорить. Учреждение Выставочной стипендии было актом вполне практичного благоразумия. Администрация растущих колоний нуждалась в людях с образовательным цензом метрополии. Метрополия нуждалась в способных людях, откуда бы они ни приходили.
Стипендия 1851 года была дважды Выставочной и в прямом и в ироническом смысле слова. В «Социальной истории Англии» Дж. М. Тревельяна есть строки: «В том году, когда Всемирная выставка распростерла свою гостеприимную стеклянную крышу над вязами Гайд-парка и весь мир приходил восхищаться богатством, прогрессом и просвещением Англии, полезно было бы сделать «выставку» тех жилищ, в которых ютилась наша беднота, чтобы показать восхищенным иностранным посетителям некоторые из опасностей, которые преграждали путь столь громко восхваляемой новой эпохе».
В трубочку вкладывал свои спицы, иглы, кусочки фортепьянных струн. Неизменное магнитное поле постоянного тока исправно намагничивало их. …Можно было бы рассказать, как надоедало ему крутить электростатическую машину Фосса. Правда, об этом он не упомянул в локкайеровской лекции, сознавая, что не все его и поняли бы: к тому времени уже мало кто в физических лабораториях Европы наглядно представлял себе это старинное устройство. Но он-то его не забыл!
Однако если не очень привередничать, то и машина Фосса все-таки была хороша! Такая простая, что в ней нечему было портиться, она служила ему безотказным источником электрических зарядов.
Он заряжал с ее помощью конденсатор - обыкновенную Лейденскую банку. Накапливающая на своих обкладках большой заряд, эта банка становится как бы электрической пружиной. Замкнуть обкладки проводником - все равно что отпустить пружину: в замыкающем контуре возникают колебания лавины зарядов. Эрнст любил апокрифический рассказ Вивиани о тончайшей наблюдательности молодого Галилея. В часы богослужения в Пизанском соборе, следя за качаниями люстры и отсчитывая равные промежутки времени по пульсу в своей руке, Галилей набрел на простую формулу для частоты колебаний маятника. Почти за двадцать лет до рождения Эрнста, в 1853 году, боготворимый учительницей Мартой лорд Кельвин вывел по сходству столь же простую формулу для частоты колебаний электрических.
По ней Резерфорд и вычислял частоту разрядов в контуре, замыкающем его Лейденскую банку.
…Можно было бы рассказать, как в берлоге Эрнста десятки раз на дню вспыхивало яркое трескучее свеченье. И как поначалу другие студенты невольно поворачивали головы в ту сторону: «Уж не случилось ли что-то неладное у нашего Эрни!» Потом привыкли. Это стало рутиной. Для них, как и для него. В длительной экспериментальной работе всегда воцаряется такая рутина повторяющихся операций. Он тогда впервые почувствовал это. Почувствовал и полюбил. Быть может, увидел в этом нечто подобное рутинному ходу часов: все-таки каждая секунда - новая, и время идет вперед и приближает час, ради которого запускается терпеливый маятник эксперимента, - час удачи. Или разочарования в предвзятой идее.
Для науки и оно равносильно открытию. Исследователю достается горечь, исследованию - прибыток.
Да, хоть и однообразны, но хороши были те ежедневные серии голубоватых вспышек и тревожных потрескиваний!
Он разряжал Лейденскую банку через спираль своего соленоида. По спирали метался быстропеременный ток, внутри стеклянной трубочки металось быстропеременное магнитное поле. И за каждое полное качание этого сумасшедшего магнитного маятника Эрнстовы спицы, иглы, кусочки фортепьянных струн успевали испытать магнитное воздействие в двух прямо противоположных направлениях.
Его волновал итог этой бешеной смены противоположных событий. …Можно было бы рассказать, как появлялся в дэне пятидесятилетний Биккертон, усаживался поудобнее на венском стуле, закидывал ногу за ногу и, дивясь уверенности, с какою работал его двадцатичетырехлетний ученик, принимался размышлять о таинственной силе магнетизма. Да, разумеется, молекулы железа - элементарные магнитики. Однако откуда берется у них это свойство? Тут поднимался туман произвольных гипотез, ибо сам господь-бог тогда еще ничего не знал о внутриатомном мире. (Ах, если бы подозревал Биккертон, что именно его ученик станет с годами Колумбом этого мира!) Учитель гадал увлекательно, даже вдохновенно. Но будущий Колумб слушал вполуха. В те часы ему было не до того.
Скользящий зайчик зеркального магнетометра поглощал все его внимание. И непредвиденные странности эксперимента занимали все его мысли. У Биккертона каждый раз находились новые нереальные идеи. У него - новые реальные заботы.
И все-таки эти отвлекающие посещения Биккертона тоже бывали хороши! Отрадны: в них сквозила вера профессора в его успехи, они противостояли заведенному ритму лабораторных хлопот. Онн подстегивали воображение. В одну из таких минут пришло ему в голову счастливое решение маленькой экспериментальной трудности.
Измеряя магнетизацию игл и спиц при высокочастотном разряде, он вскоре заметил: она пропорциональна не величине объема, а только величине поверхности этих кусочков железа. Стало быть, намагничивался лишь внешний их слой? Надо было это воочию доказать. На столе появилась спиртовка. Над спиртовкой - штатив. На штативе - водяная ванночка. В ванночке - сосуд с азотной кислотой. В сосуде - подвеска с прошедшей намагничивание иглой. А перед всем этим сооружением - зеркальный магнетометр.
Азотная кислота растворяла железо. Равномерно таял намагниченный слой. И зайчик магнетометра, вначале отклонившийся по шкале далеко вправо, медленно отползал обратно, к нулю. Он доползал до нуля, когда диаметр растворяющейся иглы успевал уменьшиться всего на тысячные доли дюйма. Это и была глубина намагничивания…
Этот остроумный способ изучения скин-эффектов (от английского skin - кожа) стал со временем очень распространенным. Молодой Резерфорд додумался до него, по-видимому, без чужой подсказки. …Можно было бы рассказать, как у ворот колледжа его порою ждала в назначенный час Мэри Ньютон! Они уславливались вместе идти домой. Но он только на минуту выбегал к ней - без плаща, вобрав голову в плечи под ударами зимнего ветра. Жаловался, что не успел окончить серии измерений с новым контуром. Обещал примчаться через час. Приплетался через три.
Но в конце концов и эти засиживания в лаборатории бывали на редкость хороши! Вечерами, в тишине и безлюдье, всего лучше работалось. Сердился мистер Пэйдж: это было нарушением порядка. Но он пренебрегал возражениями мистера Пэйджа. Ассистент профессора мог укорять его в самомнении, высокомерии, бесцеремонности. Ему это было неважно, лишь бы ключ от лаборатории находился в его руках. …Можно было бы рассказать, как сделался он неисправным абонентом библиотеки Философского института и библиотеки колледжа: в ту зиму у него залежались сверх всякого допустимого срока «Абсолютные измерения» Грэя, «Современные взгляды на электричество» д-ра Лоджа и выпуски лондонского «Philosophical magazine» («Философского журнала») за 1891 год с работами Дж. Дж. Томсона и Дж. Троубриджа. Заокеанские и местные издания сначала пластались раскрытыми на стульях в его дэне. Потом он сложил их стопкой - они от- служили свое. Его неизменным собеседником остался Герц.
Впрочем, не только Герц.
Однажды появилось на его столе третье издание исторического «Трактата» Максвелла. Оно вышло в Англии в 1893 году. Кавендишевский профессор Дж. Дж. Томсон снабдил максвелловский трактат объемистым добавлением: «Новые исследования по электричеству и магнетизму». Эрнст был едва ли не первым, кто прикоснулся к этому изданию в Новой Зеландии. По словам Нормана Фезера, оно произвело на молодого Резерфорда громадное впечатление. Может быть, тогда-то, переносясь мыслями в Англию, юноша из Пунгареху и начал впервые мечтать именно о Кавендишевской лаборатории. Может быть, тогда-то ему и захотелось стать учеником и сотрудником именно Дж. Дж., а не какой-нибудь другой британской знаменитости. …Многое можно было бы рассказать. И стоило бы рассказать, когда бы та первая работа Эрнста Резерфорда явилась важным звеном в истории познания природы. Однако, как это ни огорчительно для автора жизнеописания, в ней не содержалось откровений. Она не возвещала миру о возникновении новых физических представлений. В ней была исследована всего лишь частная - и отнюдь не принципиальная - проблема из неисчерпаемой области электромагнитных явлений. Но разве тогда недостаточно было бы упомянуть о магистерской диссертации Резерфорда вообще лишь в двух строках?
Все дело в том, что одно неоценимое и бесспорно эпохальное открытие в той диссертации все-таки содержалось: в ней Эрнст Резерфорд открыл для физики самого себя!
13
Впоследствии, когда он стал уже всесветно знаменит, в среде европейских физиков возник шутливый проект: хорошо бы поселить их вдвоем, Эйнштейна и Резерфорда, на необитаемом острове; там, в уединении, избавленные от суеты и побочных обязанностей, они вдвоем сумеют быстро распутать или разрубить все гордиевы узлы современной теории и современного эксперимента. Оба они завораживали коллег-современников беспримерной плодотворностью своих усилий и обаянием стиля своего научного мышления.«Уменье задавать Природе простые и незапутанные вопросы…»
«Способность идти к самому сердцу проблемы…»
Это было сказано о зрелом Резерфорде. В тех же выражениях современники говорили об Эйнштейне. Известный радиофизик Эдвард Эпплтон, которому принадлежат эти слова, уверяет, что никто не будет разочарован, если попытается и в самом раннем исследовании молодого новозеландца обнаружить те же черты.
И вправду: всего удивительней в первой работе Эрнста Резерфорда то, что она… первая! Такое начало и впрямь заставляет вспомнить великие реки, не знающие поры родникового детства: те, что проливаются из глубоких озер, как из переполненной чаши. Нил, Ангара, Св. Лаврентий… Избыточная пышность этого сравнения искупается его точностью.
А гарантия точности надежна: до 7 ноября 1894 года - в тот день он зачитал свою диссертацию на собрании членов Кентерберийского философского института - в его послужном списке физика-экспериментатора не значилось ничего. Ничего!
Никаких «робких попыток», «первых шагов», «простительных ошибок», «неумелых опытов». Никаких родничков и ручейков.
Сразу - река.
Не странно ли, что проблема магнетизации железа в быстропеременных полях не далась в руки никому из его предшественников? Ни Лоджу, ни Дж. Дж. Томсону, ни Генриху Герцу, не говоря уже об исследователях с менее громкими именами. Все они не пришли ни к каким определенным заключениям, Резерфорд, конечно, изучил их работы, обдумал их мнения. И вынужден был написать в своей диссертации: «Существовавшие экспериментальные данные казались туманными и противоречивыми».
Больше того - он должен был признаться: «Перед началом исследования у меня не было уверенности, становится ли железо магнитным в очень быстро колеблющихся полях или нет».
Может почудиться, что эта неуверенность была чисто психологической: авторитеты молчат, а он, юноша, должен произнести свое «да» или «нет». Однако не в молчании авторитетов было дело. Его смущало нечто неведомое в самом существе явлений. И потому он волновался. Засиживался в лаборатории. Без конца варьировал опыты.
В результате нескончаемых измерений с разными колебательными контурами он услышал, наконец, то, что чаял услышать: многократно подтвержденное «да»! Среди выводов его диссертации есть строки:
В этом исследовании, начавшемся с магнетизации железа при обычных разрядах Лейденской банки, было показано, что железо становится магнитным при частотах, доходящих до 500 000 000 колебаний в секунду.
Сегодня мы сказали бы: «500 миллионов герц» или «500 мегагерц». Сегодня это обычное обозначение радиочастот на светящихся шкалах многоламповых приемников. Но в те времена единица частоты колебаний еще не была названа по имени молодого профессора Боннского университета. В те времена самого слова «радио» еще не было в обиходе человечества.
И хотя Герц сразу стал популярен до чрезвычайности, мысль о трансляции и приеме электромагнитного излучения еще казалась еретической. Влекущей и еретической!
К таким рубежам науки, как на старт интернационального кросса, первой спешит молодежь. Эрнст Резерфорд еще на четвертом курсе вышел на этот рубеж. У его диссертации была своя маленькая история.
Секретарь студенческого Научного общества Кентерберийского колледжа, избравший равнодействующую между Биккертоном и Куком, сдержал обещание, которое дал в своей «тронной речи». Он прочитал в обществе доклад о работах господина Герца - об электрических волнах и колебаниях. И продемонстрировал неотразимо доказательные опыты господина Герца.
И он так сжился с кругом идей немецкого физика, что на кафедре вдруг представился самому себе не студентом-докладчиком, а едва ли не провозвестником этих новых физических истин. Он даже потерял в тот день чувство юмора - в прото- кольном дневнике Научного общества появилась выведенная его рукой довольно самоуверенная фраза об экспериментах,
«выполненных мистером Резерфордом при ассистентуре м-ра Пэйджа и м-ра Эрскина».
Для такого необычного самоощущения была у него, однако, немаловажная причина: томившее его желание как-то продолжить замечательные искания Герца было уже небеспредметным - в голове бродил конструктивный замысел. …Пусть вон там, в дальнем конце аудитории или даже за ее стенами, отчалят от герцевского вибратора - источника электрических колебаний - невидимые электромагнитные волны.
Движущиеся сквозь пространство со скоростью света, они через ничтожную долю секунды будут уже здесь, у этой кафедры.
Но как установить их приход? Какое физическое действие могли бы вызвать эти волны Герца? В каком приборе они сумели бы породить воочию наблюдаемый эффект? Найти бы такое действие, нащупать бы такой эффект… Тогда можно было бы создать детектор электромагнитных волн, регистрирующий их приход даже из далекого далека.
Его мысль работала просто - она искала путь прямо к сердцу проблемы.
В те времена электромагнитное поле еще не рассматривали как физическую субстанцию - как разновидность самой материи. Оно рисовалось физикам чередой возмущений в некоем упругом эфире. В каждой точке эфира, куда успела дойти волна возмущений, как бы начинали качаться два маятника - электрический и магнитный. Один - вверх-вниз, другой - вправо-влево.
И начинали они качаться с той же частотой, с какою где-то вдали - в источнике электромагнитного поля - колебались электрические заряды.
Максвелл дал математическое описание этого круга незримых физических событий. Его теория появилась за семь лет до рождения Эрнста. Вначале непонятая и принятая даже иронически, она была одним из самых бесстрашных и самых красивых созданий физико-математического гения. Существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, вытекало из нее само собой.
Замысливший создание уловителя этих невидимых волн, молодой Резерфорд подумал о магнитной составляющей в силовом электромагнитном поле: раз в любой точке эфира, до которой дошли возмущения, возникает быстро колеблющийся «магнитный маятник», нельзя ли заставить этот маятник работать? А что значит - работать? Самое простое - намагничивать железо. Если это возможно, то вот он, принцип будущего детектора волн Максвелла - Герца!..
Рассказал ли он о своем замысле на том заседании Научного общества, когда ему милостиво ассистировали м-р Пэйдж и м-р Эрскин? Неизвестно. Неизвестно и другое: вполне ли созрел тогда этот замысел. Одно очевидно: он приступал к своей диссертации уже одержимый пьянящей идеей.
Сегодня мы назвали бы ее идеей радиосвязи!
Оттого-то все досаждающее оборачивалось в конце концов светлой стороной. Не батарея Грове была хороша, и не машина Фосса, и не рутина измерений, и не фантазии Биккертона, и не расставания с Мэри под зимним ветром… - замысел был хорош! Хороша была идея! Чаяния были хороши, и молодость, и жизнь, и вера в себя, и вера в будущее…
Все получалось, как он и надеялся втайне. Исчезали самые серьезные сомнения. Магнитный маятник высокочастотного разряда работал: намагничивал стальные иглы! Или размагничивал, если предварительно они были доведены до магнитного насыщения. Это было для него всего важнее: такой эффект легче поддавался количественному наблюдению. И он проникся уверенностью, что электромагнитные колебания, приходящие издалека, будут работать точно так же, как быстропеременное поле внутри стеклянной трубочки его соленоида.
Неспроста дошел он до регистрации частот в 500 миллионов колебаний в секунду: он знал, что с электромагнитной радиацией именно такой частоты (это волны длиною в 60 сантиметров) проводил свои заключительные эксперименты Герц.
Впрочем, наш новозеландец высказал надежду, что железные намагниченные иглы будут «откликаться» на любую частоту - от 100 до 1 000 000 000 колебаний в секунду. Он верил в универсальность задуманного им детектора электромагнитных волн.
Лодж, Томсон, Троубридж… - у них не было цели, которая влекла молодого Резерфорда. И даже у Генриха Герца ее еще не было. Он не успел этой целью задаться. Просто не успел. Его, тридцатисемилетнего, не сумели спасти от заражения крови. Он умер слишком рано. Это случилось 1 января 1894 года, когда в Европе стояла зима, а в Новой Зеландии лето, и бакалавр искусств Резерфорд в Пунгареху как раз готовился к работе над своей магистерской диссертацией.
Так не оттого ли, что у его предшественников не было вдохновляющей цели, их данные о магнетизации высокочастотным разрядом оставались туманными и противоречивыми?
Не было повелевающего стимула для устранения противоречий и прояснения тумана.
А двадцатитрехлетний Эрнст Резерфорд не мог не дойти до конца - ему было зачем идти!
Разумеется, он тогда не знал, что вышел на старт интернационального радиокросса. Не знал, что на другой стороне планеты, в глубине Финского залива, в Кронштадте, на маленьком острове вблизи Санкт-Петербурга, молодой инженер-физик уже многое сделал, чтобы вскоре осуществить передачу и прием первой в мире радиограммы: «Генрих Герц». Не знал, что в Италии уже мучился той же дурманящей идеей юноша, чьи успехи и предприимчивость должны были впоследствии сыграть немалую роль в его, Эрнстовой, судьбе.
Резерфорд не знал, что вышел на старт вторым.
Первым был Александр Попов. Третьим - Гульельмо Маркони.
Все это выяснилось позднее. Гораздо позднее. Попов и Маркони, выбрав иной путь воплощения того же высокого замысла, блистательно исполнили свою историческую миссию.
А он?
То, что вышел он на старт не один и не первый, оказалось везением человечества: дело Максвелла - Герца было прекрасно завершено другими, а напор пионерской мысли новозеландца понадобился истории для иных начинаний. Его гений словно бы освободился для иных великих дел. Это тоже выяснилось позднее.
Единственное, о чем уже и тогда можно было догадаться, это что он - из солдат, несущих в своем ранце жезл маршала. Ему следовало с далекого фланга прибыть к центру боя: покинуть маленькую новозеландскую Англию ради большой, заокеанской.
14
Океан был справа. Слева - гористые берега Тавай Пунаму - Южного острова Новой Зеландии. Парусный бот шел на север - к проливу Кука. Бакалавр наук Эрнст Резерфорд плыл в свое последнее пунгарехское лето.Оно могло стать еще счастливее прежних. А он мучился мыслью, что оно не будет счастливым вообще. Его, окончившего университет, ждут сейчас дома с совсем особым чувством, а он это чувство поневоле обманет…
Он теперь жалел, что обо всем хорошем поторопился сообщить домой в письмах. Там уже знают, с каким блеском он стал бакалавром наук. Знают, что в очередном томе «Трудов Новозеландского института» за 1894 год его работе отвели щедрое место - тридцать страниц текста и две страницы для схем и кривых. Дома знают уже, что он с успехом начал и второе исследование. Естественное продолжение первого, оно будет называться - «Магнитная вязкость». Он успел похвастаться в одном из писем, что уже придумал конструкцию уникального прибора для этой работы: он сможет измерять стотысячные доли секунды!.. Не расскажи он обо всем этом заранее, сейчас.у него был бы сносный противовес той дурной новости, которую он нарочно утаивал, думая, что все еще устроится. А теперь этой новостью исчерпывалось все, чего еще не знали о нем в Пунгареху.
Впрочем, подумал он с некоторым облегчением, одна добрая новость у него в запасе все-таки есть: перед самым отплытием он закончил первую модель своего магнитного детектора. Он расскажет, как в одном конце лаборатории был помещен вибратор Герца, а в другом - его, Эрнстов, прибор, и как электромагнитные волны, пройдя шестьдесят футов, заметно размагнитили насыщенные иглы. Словом, он расскажет, как впервые принял посланный издалека сигнал!
Такая воодушевляющая новость могла бы, конечно, перевесить любые житейские огорчения, если бы… Если бы научные успехи и жизненные неудачи вели между собой честное единоборство. Но все устроено не так. Законы вращения планет не возмещали Кеплеру пустоты его кошелька, а заражение крови не стало милостивей оттого, что кровь принадлежала Герцу.
Эрнст понимал, что его детектор все равно не утешит отца и мать: случившееся лишало их надежд на возвышение сына. …Он медленно расхаживал по палубе парусного бота. Тут все ему было издавна знакомо: в который уже раз ходил он на этом паруснике из Крайстчерча в Нью-Плимут и обратно в Крайстчерч! И вся немногочисленная команда бота давно уже знала, кто он и откуда, как идут у него дела в колледже и как идут дела на льнотеребилке в Пунгареху. Он взрослел на глазах команды. В свое время здесь с грубоватой дружественностью поздравляли его со степенью бакалавра искусств, а потом - магистра искусств. Поздравили и на сей раз с новым ученым званием. Даже выпили новозеландской водки. Но был он на сей раз неулыбчив и краток в ответах. Ходил по палубе, глядя в океан, точно видел за горизонтом нечто, чего не видели другие.
За горизонтом была Англия.
В первый день плаванья, когда шли к проливу Кука, была она справа за далями двух океанов - Пасифика и Атлантики.
В день второй, когда шли проливом мимо Нельсона, вдоль берегов его детства, была она то спереди, то сзади, смотря по тому, где заставали его мысли о ней - на носу или на корме.
В третий день, за проливом, когда снова потащились на север, была она слева, за далями океанов Индийского и Атлантического - все того же Атлантического, незримого, омывающего недостижимые британские берега.
Словом, была она, Англия, не справа и не слева, не впереди и не позади, а где-то прямо «под ним», на той, другой полусфере Земли. И никогда он не чувствовал себя так явственно ее антиподом, как в дни того невеселого плаванья.
Шкипер подошел к нему и без предисловий осведомился о причинах его мрачности. И он ответил без предисловий:
- Рухнула моя Англия.
Вот и все. Объяснять он ничего не хотел. Между тем эта короткая фраза нуждалась в объяснении.
…История полна пустячных событий, что занимают воображение современников ровно столько времени, сколько длятся.
Потомки о них и вовсе не вспоминают. Но иногда в таких событиях вдруг многозначительно отражается ход времени, и тогда они надолго сохраняются в подробной летописи дел человеческих.
Таким пустячным и все же многозначительным событием была первая Всемирная выставка 1851 года.
Англию называли «зеленым островом» и те, кто никогда не видел ее робингудовских лесов, овечьих пастбищ и старинных парков. Просто издавна повелось окрашивать в зеленый цвет ее территорию на политической карте мира. В течение столетий эта зелень настойчиво расползалась по всем материкам, распрямленным Меркаторовой проекцией земного шара. По навигационным картам в Меркаторовой проекции шли, не меняя однажды взятого курса, корабли английских завоевателей.
И в XIX веке зеленые массивы британских колоний, доминионов, протекторатов стали занимать на просторах Земли гигантскую площадь, в сто девять раз большую, чем сам зеленый остров в северо-западном углу старой Европы. Так двумя-тремя мазками зеленой краски были покрыты в 1840 году и Новозеландские острова на стыке Индийского и Тихого океанов.
Можно ли удивляться, что именно в Англии середины прошлого века возникла и впервые осуществилась идея Всемирной выставки плодов земли, изделий промышленности, произведений искусств и ремесел?
Колониальная империя жаждала свободы предпринимательства и торговли на всех широтах и долготах планеты. Идея выставки была рекламной. Но автором ее почитался принц Альберт. То, что освящалось этим именем, переставало выглядеть деловой операцией. Его уважали. Он никогда не владычествовал, а оставался до самой своей ранней смерти добродетельным и обожаемым супругом «маленькой дамы в сером» - знаменитой королевы Виктории, прожившей чуть не все девятнадцатое столетие и шестьдесят четыре года питавшей иллюзию, будто она правит Британией. Немало англичан-колонистов в заокеанских землях империи были уверены, что только благодаря великодушному попечению принца Альберта возникла и Выставочная стипендия 1851 года для одаренных выходцев из колониальных университетов.
Удостоенные этой стипендии являлись в Англию из своего заморского далека для совершенствования в науках. О великодушии тут не стоило говорить. Учреждение Выставочной стипендии было актом вполне практичного благоразумия. Администрация растущих колоний нуждалась в людях с образовательным цензом метрополии. Метрополия нуждалась в способных людях, откуда бы они ни приходили.
Стипендия 1851 года была дважды Выставочной и в прямом и в ироническом смысле слова. В «Социальной истории Англии» Дж. М. Тревельяна есть строки: «В том году, когда Всемирная выставка распростерла свою гостеприимную стеклянную крышу над вязами Гайд-парка и весь мир приходил восхищаться богатством, прогрессом и просвещением Англии, полезно было бы сделать «выставку» тех жилищ, в которых ютилась наша беднота, чтобы показать восхищенным иностранным посетителям некоторые из опасностей, которые преграждали путь столь громко восхваляемой новой эпохе».