Страница:
К этому великолепному экспериментатору и организатору научных исследований осенью 1915 года пришел учиться молодой Отто Ган. "Для пополнения моих очень скудных знаний по радиоактивности, - писал он в воспоминаниях, - я поехал в Канаду к профессору Резерфорду, к лучшему наставнику в этой новой области. Все здесь было настолько ново, что открытия делать было нетрудно. Три еще недостаточно исследованных ряда радиоактивного распада могли быть заполнены после нахождения следующих активных "элементов"".
За время своего пребывания в Монреале Отто Ган основательно познакомился с известными тогда закономерностями радиоактивных процессов и мог теперь свободно пользоваться всеми экспериментальными методами, разработанными Резерфордом, в частности, для исследования альфа-лучей.
Молодой коллега, сообщивший Резерфорду о своем открытии радиотория, вначале был принят им весьма сдержанно. Опытный и зрелый исследователь, Резерфорд, как и Рентген, питал некоторое в известной мере обоснованное недоверие ко всем "сенсационным открытиям" и ко всем молодым ученым, которые жаждали открыть новое явление в природе или, подобно Гану, новый элемент. Тем более в этом случае, когда знакомый Резерфорда, известный исследователь радия Болтвуд, встретил саркастическим замечанием сообщение об открытии Гана.
Однако после довольно продолжительной беседы с Ганом Резерфорд в тот же день убедился, что этот немецкий химик очень аккуратен и самокритичен в работе и что в случае с радиоторием действительно трудно дать иное объяснение, чем то, какое он дал. При тогдашнем состоянии науки радиоторий следовало рассматривать как новый элемент.
В Монреале Гану посчастливилось сделать еще одно открытие. Он нашел новый продукт преобразования актиния, радиоактивного элемента, с которым он работал еще у Рамзая. Он назвал его "радиоактинием". Резерфорд попытался вначале поставить под сомнение и это открытие. Но Гану удалось убедить его и, как он сам говорил, "отомстить" Резерфорд, не хотевший верить в радиоторий, открытый Ганом в лаборатории Рамзая, должен был теперь поверить в существование того, что до сих пор оставалось незамеченным в его собственной лаборатории. В автобиографии Отто Ган подчеркивал, сколь простыми средствами можно было достичь в те годы значительных экспериментальных результатов. "Если сравнить с более поздними временами, писал он, - то лабораторное оборудование было очень простым. Электроскопы для бета- и гамма-лучей мы изготовляли из большой консервной или другой жестяной банки, на которой укрепляли меньшую коробку, из-под табака или сигарет. Изоляция стержня осуществлялась серой, так как тогда у нас еще не было янтаря".
Во время опытов с альфа-лучами Резерфорд выкачивал воздух из приборов с помощью старинного насоса. Исследуемый радиоактивный осадок часто в основном уже распадался, прежде чем достигался достаточной вакуум. Но, как писал Ган, и тогда можно было "даже при этих примитивных средствах легко переживать радость первооткрывателя".
Электроскоп из консервной банки и позднее (в известной степени) остался идеалом Отто Гана. Он не любил сложные, ненадежные опытные установки и свои самые значительные открытия делал с помощью приборов, которые напоминали скорее о временах Фарадея, а не о преддверии атомного века.
Личность своего учителя, Ган образно описал в автобиографии: "В Монреале Резерфорд был повсеместно и без всякой зависти признан руководителем научных исследований. Как-то на одном коллоквиуме, проводимом совместно с химиками, после окончания доклада на чисто химическую тему, Резерфорд сделал какое-то короткое замечание, однако затем, забыв о повестке дня, в обычной для него вдохновенной манере вдруг стал докладывать о своих последних опытах со столь любимыми им альфа-лучами. После этого все другое было забыто". Вдохновенность и неукротимая работоспособность Резерфорда передавались всем сотрудникам; работа в институте продолжалась чаще всего до позднего вечера. Даже во время вечерних приемов в доме Резерфорда разговоры велись исключительно на узкоспециальные темы: к сожалению жены Резерфорда, игре которой на фортепьяно уделялось из-за этого меньше внимания. Своему внешнему виду Резерфорд не придавал особого значения Когда однажды в его лаборатории появился фоторепортер для того, чтобы сфотографировать известного исследователя радия для английского еженедельника "Нейче", Гану пришлось одолжить учителю свои фальшивые манжеты, чтобы он выглядел несколько респектабельней. Третьим снимком фотограф остался доволен: манжеты Гана попали в кадр "во всем их великолепии". Так, в 1906 году, пишет Ган, он испытал гордость и удовлетворение от того, что по крайней мере его манжеты можно было увидеть на фотографии в уважаемом английском журнале.
По свидетельству Лизы Мейтнер, Отто Ган даже спустя несколько десятилетий с удовольствием рассказывал о своей работе у Резерфорда, настолько этот год был для него плодотворным. Ученик и учитель во многих отношениях "хорошо подходили друг к другу". Гениальная способность Резерфорда разрешать глубокие проблемы с помощью простейших средств и постоянно видеть связь полученных экспериментальных результатов со всей областью исследования, включать их в целое, отвечала научным склонностям Гана.
В лаборатории Резерфорда и под влиянием его исследовательской одержимости Ган вырос как ученый и теперь с успехом мог самостоятельно заняться радиоактивностью. Вместе с Резерфордом он осуществил ряд исследований альфа-лучей, результаты которых освещались в совместных публикациях.
Теперь Отто Ган отчетливо представлял себе цель: он хотел посвятить себя исключительно исследованиям радия. Он написал на завод письмо с отказом и поздней осенью 1906 года переехал в Берлин для того, чтобы возобновить свои исследования в Химическом институте университета.
На первом этаже только что построенного здания института на Гессенской улице Эмиль Фишер показал гостю помещение, которое служило столярной мастерской, однако не использовалось. На месте убранного верстака, "главного украшения", как писал Ган, установили длинный дубовый стол, на котором можно было разместить измерительные приборы; простой письменный стол и несколько стульев завершили обстановку. Электроскопы, место которых лишь много позже занял счетчик Гейгера - Мюллера, Ган изготовлял сам, руководствуясь опытом, приобретенном в лаборатории Резерфорда.
Но эти приборы были изготовлены уже не только из консервных банок и табачных коробок, как в Монреале, здесь были и прекрасные латунные камеры, для изоляции которых вместо не вполне подходящей серы использовался более удобный янтарь. Зарядка листочков осуществлялась с помощью эбонитовой палочки, которую терли о рукав.
"Столярка" служила исследователю более шести лет в качестве помещения, где проводились необходимые в ходе экспериментов над радиоактивностью измерения. В конце 1906 - начале 1907 года ему удалось открыть здесь дотоле неизвестное вещество. О его существовании он догадывался еще в Монреале; теперь он мог подтвердить эту догадку и выделить вещество, которое он назвал "мезоторий".
Мезоторий был промежуточным звеном между торием и радиоторием. Сам по себе он не был лучистым веществом, но из него выделялся лучистый продукт распада, оказавшийся хорошей и дешевой заменой все более дорожающего радия при использовании в технике и медицине. Одна из берлинских фабрик по производству тория изготовляла при содействии и под контролем Гана для этих целей сильные препараты мезотория. Лаборантки, занятые на обогащении этого вещества, назвали его "солнечным зайчиком", потому что соли в темноте очень красиво светились.
Отто Ган очень близко подошел тогда к открытию изотопии. Само понятие изотопа было выдвинуто Содди лишь спустя несколько лет - в 1911 году. Под изотопией понимают существование химически приблизительно одинаковых элементов с одинаковым числом ядерных зарядов и занимающих потому одно и то же место в периодической системе, но имеющих различные атомные массы и при известных условиях различные радиоактивные свойства. "Сегодня нам непонятно, - писал Ган в 1962 году в научной автобиографии, - почему с такими знаниями не пришли раньше к понятию изотопии. Прежде чем Содди произнес спасительное слово, должны были заниматься: Мозли - понятием порядкового числа, Резерфорд - моделью атомного ядра, Фаянс, а также Содди и Флек - правилом радиоактивного смещения. Содди, конечно, сделал не так много негативных попыток разделения, как я, но у него оказалось больше мужества".
Весной 1907 года философский факультет Берлинского университета дал Отто Гану разрешение преподавать химию. Эмиль Фишер в своем отзыве подчеркнул, что Ган, если не считать его докторской диссертации, занимался исключительно вопросами радиоактивности. После обстоятельного анализа всех публикаций молодого исследователя Фишер пришел к выводу: "Все вышеупомянутые исследования свидетельствуют о том, что д-р Ган основательно знаком с точными методами исследования радиоактивности и способен использовать их для получения новых, лучших результатов".
Отзыв Фишера заканчивается замечанием: "Так как мне кажется, что эта перспективная область физико-химических исследований в данном случае разрабатывается намного лучше, чем когда-либо ранее, я с удовольствием принял бы д-ра Гана в Химический институт и по этой причине считаю желательной его доцентуру. Так как он уже выполнил все необходимые для этого требования, то я нимало не сомневаюсь в том, что следует предложить ему прочитать пробную лекцию".
Второй эксперт, физико-химик Вальтер Нернст высказался не столь обнадеживающе. В его собственноручной приписке к замечаниям Фишера говорится: "Представленные работы, без сомнения, свидетельствуют о том, что г-н кандидат основательно изучил методы радиохимического исследования в лабораториях Рамзая и Резерфорда и компетентен в этих вопросах. Я далеко не столь уверен в том, что касается способности г-на д-ра Гана к самостоятельному оригинальному исследованию, ибо нельзя не признать, что до сих пор он работал исключительно под влиянием вышеназванных исследователей, а мне было бы приятнее, если бы г-н кандидат представил какие-нибудь работы, выполненные по собственной инициативе. Тем не менее у меня нет никакого сомнения в том, чтобы поддержать его допуск к дальнейшим испытаниям для получения доцентуры".
Примечательно, что Ган, которому, естественно, оставался неизвестным отзыв Нернста, изложенный в конфиденциальном документе, позднее почти слово в слово писал о том, что "смотрел в будущее с некоторой озабоченностью", когда приступал в Берлине к работе: "Удастся ли мне без превосходного руководства Резерфорда и без помощи старших коллег на родине самому твердо стать на ноги?"
Как видно из протоколов, факультет по предложению Эмиля Фишера среди тем, предложенных Отто Ганом на выбор для пробной лекции, остановился на теме "Современное представление о строении материи", а для первой публичной лекции - "Современные проблемы исследований радиоактивности".
Глубокое недоверие, с которым многие известные химики относились тогда к новой специальной области радиологии, становится очевидным из высказываний руководителя отделения органики в институте Фишера. Он считал "невероятным", чтобы кому-нибудь было предоставлено право преподавать в университете по такой специальности. Сам Эмиль Фишер, с пониманием относившийся к работам Гана, не мог привыкнуть к тому, что при помощи радиоактивных методов можно обнаружить химические вещества и определить их свойства, если эти вещества нельзя даже взвесить, как это имело место при радиоактивных осадках. В духе старой школы Фишер придерживался мнения, что самым чувствительным определителем известных химических веществ, как и прежде, является обоняние.
Для дальнейшего развития исследований Отто Гана решающим оказалось то обстоятельство, что осенью 1907 года (через год после того, как он начал свои исследования в столярной мастерской) он встретил Лизу Мейтнер, физика-экспериментатора одних с ним лет, которая также занималась радиоактивностью.
Лиза Мейтнер родилась 7 ноября 1878 года в Вене в семье адвоката. После окончания народной и городской школ и домашнего обучения она в течение восьми семестров изучала физику, математику, химию. Людвиг Больцман и Франц Экснер были ее учителями. В феврале 1906 года она, первая из женщин, получила в Венском университете степень доктора философии, после того как выдержала на "отлично" все экзамены.
В своей диссертации "Теплопроводность неоднородных тел" Лиза Мейтнер подвергла проверке формулу Максвелла. Потом она работала самостоятельно под наблюдением исследователя радия Стефана Мейера, а затем еще один год в Физическом институте Венского университета над вопросами радиоактивности. Летом 1907 года она приехала в Берлин, чтобы совершенствовать свои знания у Планка, ведущего физика-теоретика того времени; она намеревалась пробыть в Германии около двух лет.
О своих впечатлениях от преподавательской деятельности Планка Лиза Мейтнер говорила в речи в Магнусхаузе в апреле 1958 года: "Что касается лекций Планка, то должна признаться, что я поначалу была почти разочарована. Я была ученицей Больцмана, а Больцман восхищался своей наукой и не видел никаких препятствий к тому, чтобы придать этому восхищению индивидуальное выражение, что, естественно, очень увлекало "ас, молодых слушателей. Поэтому вначале лекции Планка казались мне, несмотря на чрезвычайную ясность, несколько безликими, почти скучными. Но очень скоро я поняла, какое это заблуждение и как мало это вяжется с личностью Планка". Вскоре Лиза Мейтнер была приглашена в дом Планка в Груневальде, где у нее завязались дружеские отношения с обеими дочерьми ученого.
На знаменитом коллоквиуме в Физическом институте на Рейхстагуфер, который проходил тогда под руководством физика-экспериментатора Генриха Рубенса еще в достаточно узком кругу в одной из комнат библиотеки института, Отто Ган в конце сентября 1907 года познакомился со своей венской коллегой. Так как лекции и семинары Планка не отнимали у нее много времени, она решила продолжать свою исследовательскую работу по радиоактивности совместно с Ганом.
Эмиль Фишер позволил молодой женщине-физику работать в столярной мастерской в специально отведенном месте. Для того, чтобы не создавать прецедента, ей не разрешалось, однако, посещать студенческие аудитории и лаборатории на верхних этажах. В Пруссии тогда еще женщинам не было официально разрешено учиться в университетах. Некоторые профессора, подобно Планку или Нернсту, не слишком заботились о выполнении этих традиционных требований, которые уже давно были отменены в других странах, но Фишер, который и без того имел определенные сомнения относительно обучения женщин, строго придерживался существующих предписаний.
Лиза Мейтнер позднее писала: "Когда в 1907 году я приехала в Германию, там еще не был разрешен законом допуск женщин к обучению, и многие доценты и профессора не допускали девушек на лекции или в лаборатории. В конце лета 1908 года вышел указ, который разрешал девушкам доступ к университетскому образованию, и Эмиль Фишер принял его к сведению. С 1909 года я могла не только пользоваться всеми помещениями в институте Фишера, но даже сам Фишер неоднократно помогал мне в моем научном становлении и высказывал мне свою глубокую доброжелательность и дружеский интерес".
В "столярной мастерской", ставшей сегодня уже почти легендарной, оба исследователя в октябре 1907 года начали свою совместную работу. Здесь в течение многих лет они проводили вместе измерения, в то же время Отто Ган мог осуществлять необходимые по программе работ химические опыты в частной лаборатории руководителя отделения неорганики Альфреда Штока. В помещении рядом со столярной мастерской во фракционировании мезотория участвовала также и Лиза Мейтнер. Как подчеркивал Ган, работа с этими радиоактивными веществами не принесла им никакого вреда.
Доли участия Отто Гана и Лизы Мейтнер в исследованиях были примерно одинаковыми. В соответствии со своим образованием Лиза Мейтнер разрабатывала больше физическую, а Отто Ган - химическую стороны общих проблем. Поэтому такое сотрудничество было особенно удачным.
"Наряду с моими чисто химическими работами, - говорил позднее Ган, - мы приступили теперь с физиком Лизой Мейтнер к исследованиям лучей радиоактивных веществ, прежде всего так называемых бета- и гамма-лучей. От моей органической химии больше ничего не осталось, завершилась трансмутация органика в исследователя атома".
Одним из их совместных результатов было обнаружение и экспериментальное доказательство радиоактивной отдачи. Этот эффект несколькими годами ранее предсказал Резерфорд, но сам он его не обнаружил. Это удалось сделать Отто Гану в конце 1908 - начале 1909 года. Лиза Мейтнер способствовала усовершенствованию новых методов, предложенных Ганом. В феврале 1909 года оба исследователя сообщили о результатах своих работ перед Немецким физическим обществом. Для дальнейшего развития атомной физики радиоактивная отдача имела особое значение, прежде всего для открытия нейтронов и искусственной радиоактивности.
Тогда даже в самом крупном из немецких университетов еще не было возможностей для роста ученых, работающих в области радиологии. Нельзя было ожидать и приглашения на кафедру. Счастливой случайностью было основание в 1911 году Общества им. кайзера Вильгельма по поощрению наук. Отто Ган по представлению Эмиля Фишера получил задание создать в Институте химии отделение радиоактивности и руководить им в качестве временного члена общества. Когда в конце 1912 года был торжественно открыт только что построенный институт в Берлин-Далеме, отделение Гана, находившееся на первом этаже, состояло только из химической лаборатории и трех комнат для измерений. Большими отделами в институте руководили Эрнст Бекман и Рихард Вильштеттер.
Лиза Мейтнер, которая с 1912 по 1915 год была ассистенткой Планка (она была одной из первых женщин-ассистентов в прусских университетах), могла теперь вместе с Отто Ганом продолжать исследовательскую работу по радиоактивности уже в несравненно более благоприятных условиях. Вначале она работала в отделении, руководимом Ганом, только как гостья, но вскоре стала его сотрудницей.
В столярной мастерской оба исследователя проработали пять лет без ассистентов и лаборантов и делали "все своими руками". В Институте химии им. кайзера Вильгельма теперь "все стало совершенно иначе", как писал позднее Ган, и это несмотря на скромные поначалу средства. Здесь были "очень хорошие помещения, большая химическая лаборатория и комната для физических измерений, имелись механики, была мастерская и прежде всего совершенно новый институт без какого-либо радиоактивного заражения. Переезд в новое здание означал, таким образом, значительный прогресс в техническом отношении. Часть своих радиоактивных препаратов Ган оставил в Химическом институте университета, где он использовал их в дальнейшем для своих лекций с демонстрацией опытов по радиоактивности.
Из ученых примерно одного возраста с Лизой Мейтнер и Отто Ганом, поддерживавших с ними дружеские связи во время работы в столярной мастерской, следует назвать прежде всего Джеймса Франка, Густава Герца, Отто фон Байера, Петера Прингсгейма, Роберта Поля и Вильгельма Вестфаля. Все они стали крупными, многие всемирно известными физиками, двое получили Нобелевские премии. После переселения в новый институт в Далеме круг друзей пополнился несколькими молодыми физиками и химиками.
Во время первой мировой войны Отто Ган, как "вице-фельдфебель", был призван на военную службу. Лиза Мейтнер, так же как и Мария Кюри, добровольно в качестве рентгенолога отправилась на фронт, пройдя в больнице в Берлин-Лихтерфельде курсы рентгенологии и анатомии. С 1915 года она долгое время была медсестрой-рентгенологом в полевых госпиталях австро-венгерской армии, однако еще до окончания войны возвратилась в институт и продолжила свою исследовательскую работу.
Отто Ган, который по ходатайству Фрица Габера был прикомандирован к специальному отделению и часто бывал в Берлине по служебным делам, вскоре смог снова участвовать в исследованиях. Их совместные исследования материнского вещества актиния, которые они начали в 1913 году, привели в 1917 году к открытию нового химического элемента, протактиния, единственного радиоактивного вещества в периодической системе, кроме радия, которое можно добывать граммами.
Лиза Мейтнер с 1914 года руководившая радиоактивным отделением в Институте химии, в 1919 получила от министерства науки, культуры и народного образования Пруссии звание профессора, а в 1922 году - академическое разрешение на преподавание физики в Берлинском университете. Список ее научных публикаций насчитывал к этому времени около сорока работ. Многие работы она написала совместно с Отто Ганом, некоторые - с другими исследователями, например с Джеймсом Франком. Статья "О возникновении спектров бета-лучей радиоактивных веществ" была представлена на конкурс для получения доцентуры.
В отзыве на четырех страницах Макс фон Лауэ высоко оценил исследовательскую работу своей коллеги. В заключение он писал "Так как фрейляйн Мейтнер принадлежит к признанным во всем мире исследователям в области радиоактивности, то факультет, безусловно, заинтересован в ее доцентуре. Поэтому я предлагаю допустить ее к пробной лекции и коллоквиуму и добавлю еще, что вношу следующее предложение: на основании 64 факультетского устава отказаться от того и другого, чтобы дать ей возможность показать перед факультетом свои, несомненно, основательные знания и в других областях физики". Физик-экспериментатор Рубенс выразил свое согласие с отзывом Лауэ во всех пунктах.
Как видно из протоколов, факультет отказался от пробной лекции и коллоквиума, а Лиза Мейтнер поблагодарила декана за этот "знак доверия", который она очень высоко оценила. Первую публичную лекцию она читала 31 октября 1922 года на тему "Значение радиоактивности для космических процессов". Ган вспоминает, что ежедневная газета в своем сообщении о лекции нового доцента допустила знаменательную ошибку: вместо слова "космических" было напечатано "косметических".
С 1926 года Лиза Мейтнер была "нештатным экстраординарным профессором" Берлинского университета. Она читала лекции по атомной физике и исследованиям радия. Неоднократно она получала почетные приглашения читать лекции за границей: в Копенгагене, Лондоне, Цюрихе и Риме. Коллеги глубоко уважали ее за научные заслуги, особенно в исследованиях бета- и гамма-лучей, а также за ее преданность науке, за ее энергию и глубокую убежденность "при почти детской скромности", как писал Ган.
Отто Ган, к радости своих сотрудников отказавшийся от приглашения в Высшую техническую школу в Ганновере, в 1928 году был назначен директором Института химии им. кайзера Вильгельма. Одновременно он продолжал преподавать в университете (с 1910 года в звании профессора), хотя его преподавательская деятельность и отходила на задний план в сравнении с исследовательской.
Уже в 1925 году Ган в одной из публичных лекций в Академии (в 1924 году он был принят в Берлинскую Академию наук) рассматривал вопрос об использовании радиоактивности для исследования истории Земли. В этой лекции, которая была опубликована в 1926 году, он сообщил об известных тогда гелиевом и свинцовом методах. В начале 30-х годов исследователь вернулся к той мысли, которая занимала его перед переездом в новый институт лет двадцать назад, но не получила развития.
При исследовании канадской слюды, содержащей рубидий, Отто Ган пришел к выводу о возможности нового метода определения возраста земных пород, который имел множество преимуществ, особенно в случае очень старых пород, перед гелиевым и свинцовым методами и был намного более надежным. Он использовал факт образования из рубидия стронция. Предложенный им новый метод оказался эффективным и при определении возраста каменных метеоритов.
Метод радиоактивных "индикаторов", предложенный венгром Хевеши и немцем Пакетом, получил со стороны Отто Гана существенную поддержку. Использование искусственных радиоактивных изотопов в качестве индикаторов в медицине, химии, металлургии и в других областях вскоре получило широкое распространение. Во многих исследованиях участвовала и Лиза Мейтнер.
Одной из трагических глав новейшей истории немецких университетов является то, что Лиза Мейтнер в числе других ученых в 1933 году вынуждена была прекратить свою преподавательскую деятельность, так как она не принадлежала к лицам "чисто арийского" происхождения. На основе фашистского закона от 7 апреля 1933 года, который лицемерно назывался "Законом о переаттестации профессиональной бюрократии", исследовательница 6 сентября 1933 года была лишена диплома на право преподавания, одновременно с сорока семью другими членами профессорско-преподавательского состава, среди которых были физик Петер Прингсгейм и философ Ганс Рейхенбах. За этим последовали и другие увольнения. Только Берлинский университет лишился таким образом свыше двухсот преподавателей.
За время своего пребывания в Монреале Отто Ган основательно познакомился с известными тогда закономерностями радиоактивных процессов и мог теперь свободно пользоваться всеми экспериментальными методами, разработанными Резерфордом, в частности, для исследования альфа-лучей.
Молодой коллега, сообщивший Резерфорду о своем открытии радиотория, вначале был принят им весьма сдержанно. Опытный и зрелый исследователь, Резерфорд, как и Рентген, питал некоторое в известной мере обоснованное недоверие ко всем "сенсационным открытиям" и ко всем молодым ученым, которые жаждали открыть новое явление в природе или, подобно Гану, новый элемент. Тем более в этом случае, когда знакомый Резерфорда, известный исследователь радия Болтвуд, встретил саркастическим замечанием сообщение об открытии Гана.
Однако после довольно продолжительной беседы с Ганом Резерфорд в тот же день убедился, что этот немецкий химик очень аккуратен и самокритичен в работе и что в случае с радиоторием действительно трудно дать иное объяснение, чем то, какое он дал. При тогдашнем состоянии науки радиоторий следовало рассматривать как новый элемент.
В Монреале Гану посчастливилось сделать еще одно открытие. Он нашел новый продукт преобразования актиния, радиоактивного элемента, с которым он работал еще у Рамзая. Он назвал его "радиоактинием". Резерфорд попытался вначале поставить под сомнение и это открытие. Но Гану удалось убедить его и, как он сам говорил, "отомстить" Резерфорд, не хотевший верить в радиоторий, открытый Ганом в лаборатории Рамзая, должен был теперь поверить в существование того, что до сих пор оставалось незамеченным в его собственной лаборатории. В автобиографии Отто Ган подчеркивал, сколь простыми средствами можно было достичь в те годы значительных экспериментальных результатов. "Если сравнить с более поздними временами, писал он, - то лабораторное оборудование было очень простым. Электроскопы для бета- и гамма-лучей мы изготовляли из большой консервной или другой жестяной банки, на которой укрепляли меньшую коробку, из-под табака или сигарет. Изоляция стержня осуществлялась серой, так как тогда у нас еще не было янтаря".
Во время опытов с альфа-лучами Резерфорд выкачивал воздух из приборов с помощью старинного насоса. Исследуемый радиоактивный осадок часто в основном уже распадался, прежде чем достигался достаточной вакуум. Но, как писал Ган, и тогда можно было "даже при этих примитивных средствах легко переживать радость первооткрывателя".
Электроскоп из консервной банки и позднее (в известной степени) остался идеалом Отто Гана. Он не любил сложные, ненадежные опытные установки и свои самые значительные открытия делал с помощью приборов, которые напоминали скорее о временах Фарадея, а не о преддверии атомного века.
Личность своего учителя, Ган образно описал в автобиографии: "В Монреале Резерфорд был повсеместно и без всякой зависти признан руководителем научных исследований. Как-то на одном коллоквиуме, проводимом совместно с химиками, после окончания доклада на чисто химическую тему, Резерфорд сделал какое-то короткое замечание, однако затем, забыв о повестке дня, в обычной для него вдохновенной манере вдруг стал докладывать о своих последних опытах со столь любимыми им альфа-лучами. После этого все другое было забыто". Вдохновенность и неукротимая работоспособность Резерфорда передавались всем сотрудникам; работа в институте продолжалась чаще всего до позднего вечера. Даже во время вечерних приемов в доме Резерфорда разговоры велись исключительно на узкоспециальные темы: к сожалению жены Резерфорда, игре которой на фортепьяно уделялось из-за этого меньше внимания. Своему внешнему виду Резерфорд не придавал особого значения Когда однажды в его лаборатории появился фоторепортер для того, чтобы сфотографировать известного исследователя радия для английского еженедельника "Нейче", Гану пришлось одолжить учителю свои фальшивые манжеты, чтобы он выглядел несколько респектабельней. Третьим снимком фотограф остался доволен: манжеты Гана попали в кадр "во всем их великолепии". Так, в 1906 году, пишет Ган, он испытал гордость и удовлетворение от того, что по крайней мере его манжеты можно было увидеть на фотографии в уважаемом английском журнале.
По свидетельству Лизы Мейтнер, Отто Ган даже спустя несколько десятилетий с удовольствием рассказывал о своей работе у Резерфорда, настолько этот год был для него плодотворным. Ученик и учитель во многих отношениях "хорошо подходили друг к другу". Гениальная способность Резерфорда разрешать глубокие проблемы с помощью простейших средств и постоянно видеть связь полученных экспериментальных результатов со всей областью исследования, включать их в целое, отвечала научным склонностям Гана.
В лаборатории Резерфорда и под влиянием его исследовательской одержимости Ган вырос как ученый и теперь с успехом мог самостоятельно заняться радиоактивностью. Вместе с Резерфордом он осуществил ряд исследований альфа-лучей, результаты которых освещались в совместных публикациях.
Теперь Отто Ган отчетливо представлял себе цель: он хотел посвятить себя исключительно исследованиям радия. Он написал на завод письмо с отказом и поздней осенью 1906 года переехал в Берлин для того, чтобы возобновить свои исследования в Химическом институте университета.
На первом этаже только что построенного здания института на Гессенской улице Эмиль Фишер показал гостю помещение, которое служило столярной мастерской, однако не использовалось. На месте убранного верстака, "главного украшения", как писал Ган, установили длинный дубовый стол, на котором можно было разместить измерительные приборы; простой письменный стол и несколько стульев завершили обстановку. Электроскопы, место которых лишь много позже занял счетчик Гейгера - Мюллера, Ган изготовлял сам, руководствуясь опытом, приобретенном в лаборатории Резерфорда.
Но эти приборы были изготовлены уже не только из консервных банок и табачных коробок, как в Монреале, здесь были и прекрасные латунные камеры, для изоляции которых вместо не вполне подходящей серы использовался более удобный янтарь. Зарядка листочков осуществлялась с помощью эбонитовой палочки, которую терли о рукав.
"Столярка" служила исследователю более шести лет в качестве помещения, где проводились необходимые в ходе экспериментов над радиоактивностью измерения. В конце 1906 - начале 1907 года ему удалось открыть здесь дотоле неизвестное вещество. О его существовании он догадывался еще в Монреале; теперь он мог подтвердить эту догадку и выделить вещество, которое он назвал "мезоторий".
Мезоторий был промежуточным звеном между торием и радиоторием. Сам по себе он не был лучистым веществом, но из него выделялся лучистый продукт распада, оказавшийся хорошей и дешевой заменой все более дорожающего радия при использовании в технике и медицине. Одна из берлинских фабрик по производству тория изготовляла при содействии и под контролем Гана для этих целей сильные препараты мезотория. Лаборантки, занятые на обогащении этого вещества, назвали его "солнечным зайчиком", потому что соли в темноте очень красиво светились.
Отто Ган очень близко подошел тогда к открытию изотопии. Само понятие изотопа было выдвинуто Содди лишь спустя несколько лет - в 1911 году. Под изотопией понимают существование химически приблизительно одинаковых элементов с одинаковым числом ядерных зарядов и занимающих потому одно и то же место в периодической системе, но имеющих различные атомные массы и при известных условиях различные радиоактивные свойства. "Сегодня нам непонятно, - писал Ган в 1962 году в научной автобиографии, - почему с такими знаниями не пришли раньше к понятию изотопии. Прежде чем Содди произнес спасительное слово, должны были заниматься: Мозли - понятием порядкового числа, Резерфорд - моделью атомного ядра, Фаянс, а также Содди и Флек - правилом радиоактивного смещения. Содди, конечно, сделал не так много негативных попыток разделения, как я, но у него оказалось больше мужества".
Весной 1907 года философский факультет Берлинского университета дал Отто Гану разрешение преподавать химию. Эмиль Фишер в своем отзыве подчеркнул, что Ган, если не считать его докторской диссертации, занимался исключительно вопросами радиоактивности. После обстоятельного анализа всех публикаций молодого исследователя Фишер пришел к выводу: "Все вышеупомянутые исследования свидетельствуют о том, что д-р Ган основательно знаком с точными методами исследования радиоактивности и способен использовать их для получения новых, лучших результатов".
Отзыв Фишера заканчивается замечанием: "Так как мне кажется, что эта перспективная область физико-химических исследований в данном случае разрабатывается намного лучше, чем когда-либо ранее, я с удовольствием принял бы д-ра Гана в Химический институт и по этой причине считаю желательной его доцентуру. Так как он уже выполнил все необходимые для этого требования, то я нимало не сомневаюсь в том, что следует предложить ему прочитать пробную лекцию".
Второй эксперт, физико-химик Вальтер Нернст высказался не столь обнадеживающе. В его собственноручной приписке к замечаниям Фишера говорится: "Представленные работы, без сомнения, свидетельствуют о том, что г-н кандидат основательно изучил методы радиохимического исследования в лабораториях Рамзая и Резерфорда и компетентен в этих вопросах. Я далеко не столь уверен в том, что касается способности г-на д-ра Гана к самостоятельному оригинальному исследованию, ибо нельзя не признать, что до сих пор он работал исключительно под влиянием вышеназванных исследователей, а мне было бы приятнее, если бы г-н кандидат представил какие-нибудь работы, выполненные по собственной инициативе. Тем не менее у меня нет никакого сомнения в том, чтобы поддержать его допуск к дальнейшим испытаниям для получения доцентуры".
Примечательно, что Ган, которому, естественно, оставался неизвестным отзыв Нернста, изложенный в конфиденциальном документе, позднее почти слово в слово писал о том, что "смотрел в будущее с некоторой озабоченностью", когда приступал в Берлине к работе: "Удастся ли мне без превосходного руководства Резерфорда и без помощи старших коллег на родине самому твердо стать на ноги?"
Как видно из протоколов, факультет по предложению Эмиля Фишера среди тем, предложенных Отто Ганом на выбор для пробной лекции, остановился на теме "Современное представление о строении материи", а для первой публичной лекции - "Современные проблемы исследований радиоактивности".
Глубокое недоверие, с которым многие известные химики относились тогда к новой специальной области радиологии, становится очевидным из высказываний руководителя отделения органики в институте Фишера. Он считал "невероятным", чтобы кому-нибудь было предоставлено право преподавать в университете по такой специальности. Сам Эмиль Фишер, с пониманием относившийся к работам Гана, не мог привыкнуть к тому, что при помощи радиоактивных методов можно обнаружить химические вещества и определить их свойства, если эти вещества нельзя даже взвесить, как это имело место при радиоактивных осадках. В духе старой школы Фишер придерживался мнения, что самым чувствительным определителем известных химических веществ, как и прежде, является обоняние.
Для дальнейшего развития исследований Отто Гана решающим оказалось то обстоятельство, что осенью 1907 года (через год после того, как он начал свои исследования в столярной мастерской) он встретил Лизу Мейтнер, физика-экспериментатора одних с ним лет, которая также занималась радиоактивностью.
Лиза Мейтнер родилась 7 ноября 1878 года в Вене в семье адвоката. После окончания народной и городской школ и домашнего обучения она в течение восьми семестров изучала физику, математику, химию. Людвиг Больцман и Франц Экснер были ее учителями. В феврале 1906 года она, первая из женщин, получила в Венском университете степень доктора философии, после того как выдержала на "отлично" все экзамены.
В своей диссертации "Теплопроводность неоднородных тел" Лиза Мейтнер подвергла проверке формулу Максвелла. Потом она работала самостоятельно под наблюдением исследователя радия Стефана Мейера, а затем еще один год в Физическом институте Венского университета над вопросами радиоактивности. Летом 1907 года она приехала в Берлин, чтобы совершенствовать свои знания у Планка, ведущего физика-теоретика того времени; она намеревалась пробыть в Германии около двух лет.
О своих впечатлениях от преподавательской деятельности Планка Лиза Мейтнер говорила в речи в Магнусхаузе в апреле 1958 года: "Что касается лекций Планка, то должна признаться, что я поначалу была почти разочарована. Я была ученицей Больцмана, а Больцман восхищался своей наукой и не видел никаких препятствий к тому, чтобы придать этому восхищению индивидуальное выражение, что, естественно, очень увлекало "ас, молодых слушателей. Поэтому вначале лекции Планка казались мне, несмотря на чрезвычайную ясность, несколько безликими, почти скучными. Но очень скоро я поняла, какое это заблуждение и как мало это вяжется с личностью Планка". Вскоре Лиза Мейтнер была приглашена в дом Планка в Груневальде, где у нее завязались дружеские отношения с обеими дочерьми ученого.
На знаменитом коллоквиуме в Физическом институте на Рейхстагуфер, который проходил тогда под руководством физика-экспериментатора Генриха Рубенса еще в достаточно узком кругу в одной из комнат библиотеки института, Отто Ган в конце сентября 1907 года познакомился со своей венской коллегой. Так как лекции и семинары Планка не отнимали у нее много времени, она решила продолжать свою исследовательскую работу по радиоактивности совместно с Ганом.
Эмиль Фишер позволил молодой женщине-физику работать в столярной мастерской в специально отведенном месте. Для того, чтобы не создавать прецедента, ей не разрешалось, однако, посещать студенческие аудитории и лаборатории на верхних этажах. В Пруссии тогда еще женщинам не было официально разрешено учиться в университетах. Некоторые профессора, подобно Планку или Нернсту, не слишком заботились о выполнении этих традиционных требований, которые уже давно были отменены в других странах, но Фишер, который и без того имел определенные сомнения относительно обучения женщин, строго придерживался существующих предписаний.
Лиза Мейтнер позднее писала: "Когда в 1907 году я приехала в Германию, там еще не был разрешен законом допуск женщин к обучению, и многие доценты и профессора не допускали девушек на лекции или в лаборатории. В конце лета 1908 года вышел указ, который разрешал девушкам доступ к университетскому образованию, и Эмиль Фишер принял его к сведению. С 1909 года я могла не только пользоваться всеми помещениями в институте Фишера, но даже сам Фишер неоднократно помогал мне в моем научном становлении и высказывал мне свою глубокую доброжелательность и дружеский интерес".
В "столярной мастерской", ставшей сегодня уже почти легендарной, оба исследователя в октябре 1907 года начали свою совместную работу. Здесь в течение многих лет они проводили вместе измерения, в то же время Отто Ган мог осуществлять необходимые по программе работ химические опыты в частной лаборатории руководителя отделения неорганики Альфреда Штока. В помещении рядом со столярной мастерской во фракционировании мезотория участвовала также и Лиза Мейтнер. Как подчеркивал Ган, работа с этими радиоактивными веществами не принесла им никакого вреда.
Доли участия Отто Гана и Лизы Мейтнер в исследованиях были примерно одинаковыми. В соответствии со своим образованием Лиза Мейтнер разрабатывала больше физическую, а Отто Ган - химическую стороны общих проблем. Поэтому такое сотрудничество было особенно удачным.
"Наряду с моими чисто химическими работами, - говорил позднее Ган, - мы приступили теперь с физиком Лизой Мейтнер к исследованиям лучей радиоактивных веществ, прежде всего так называемых бета- и гамма-лучей. От моей органической химии больше ничего не осталось, завершилась трансмутация органика в исследователя атома".
Одним из их совместных результатов было обнаружение и экспериментальное доказательство радиоактивной отдачи. Этот эффект несколькими годами ранее предсказал Резерфорд, но сам он его не обнаружил. Это удалось сделать Отто Гану в конце 1908 - начале 1909 года. Лиза Мейтнер способствовала усовершенствованию новых методов, предложенных Ганом. В феврале 1909 года оба исследователя сообщили о результатах своих работ перед Немецким физическим обществом. Для дальнейшего развития атомной физики радиоактивная отдача имела особое значение, прежде всего для открытия нейтронов и искусственной радиоактивности.
Тогда даже в самом крупном из немецких университетов еще не было возможностей для роста ученых, работающих в области радиологии. Нельзя было ожидать и приглашения на кафедру. Счастливой случайностью было основание в 1911 году Общества им. кайзера Вильгельма по поощрению наук. Отто Ган по представлению Эмиля Фишера получил задание создать в Институте химии отделение радиоактивности и руководить им в качестве временного члена общества. Когда в конце 1912 года был торжественно открыт только что построенный институт в Берлин-Далеме, отделение Гана, находившееся на первом этаже, состояло только из химической лаборатории и трех комнат для измерений. Большими отделами в институте руководили Эрнст Бекман и Рихард Вильштеттер.
Лиза Мейтнер, которая с 1912 по 1915 год была ассистенткой Планка (она была одной из первых женщин-ассистентов в прусских университетах), могла теперь вместе с Отто Ганом продолжать исследовательскую работу по радиоактивности уже в несравненно более благоприятных условиях. Вначале она работала в отделении, руководимом Ганом, только как гостья, но вскоре стала его сотрудницей.
В столярной мастерской оба исследователя проработали пять лет без ассистентов и лаборантов и делали "все своими руками". В Институте химии им. кайзера Вильгельма теперь "все стало совершенно иначе", как писал позднее Ган, и это несмотря на скромные поначалу средства. Здесь были "очень хорошие помещения, большая химическая лаборатория и комната для физических измерений, имелись механики, была мастерская и прежде всего совершенно новый институт без какого-либо радиоактивного заражения. Переезд в новое здание означал, таким образом, значительный прогресс в техническом отношении. Часть своих радиоактивных препаратов Ган оставил в Химическом институте университета, где он использовал их в дальнейшем для своих лекций с демонстрацией опытов по радиоактивности.
Из ученых примерно одного возраста с Лизой Мейтнер и Отто Ганом, поддерживавших с ними дружеские связи во время работы в столярной мастерской, следует назвать прежде всего Джеймса Франка, Густава Герца, Отто фон Байера, Петера Прингсгейма, Роберта Поля и Вильгельма Вестфаля. Все они стали крупными, многие всемирно известными физиками, двое получили Нобелевские премии. После переселения в новый институт в Далеме круг друзей пополнился несколькими молодыми физиками и химиками.
Во время первой мировой войны Отто Ган, как "вице-фельдфебель", был призван на военную службу. Лиза Мейтнер, так же как и Мария Кюри, добровольно в качестве рентгенолога отправилась на фронт, пройдя в больнице в Берлин-Лихтерфельде курсы рентгенологии и анатомии. С 1915 года она долгое время была медсестрой-рентгенологом в полевых госпиталях австро-венгерской армии, однако еще до окончания войны возвратилась в институт и продолжила свою исследовательскую работу.
Отто Ган, который по ходатайству Фрица Габера был прикомандирован к специальному отделению и часто бывал в Берлине по служебным делам, вскоре смог снова участвовать в исследованиях. Их совместные исследования материнского вещества актиния, которые они начали в 1913 году, привели в 1917 году к открытию нового химического элемента, протактиния, единственного радиоактивного вещества в периодической системе, кроме радия, которое можно добывать граммами.
Лиза Мейтнер с 1914 года руководившая радиоактивным отделением в Институте химии, в 1919 получила от министерства науки, культуры и народного образования Пруссии звание профессора, а в 1922 году - академическое разрешение на преподавание физики в Берлинском университете. Список ее научных публикаций насчитывал к этому времени около сорока работ. Многие работы она написала совместно с Отто Ганом, некоторые - с другими исследователями, например с Джеймсом Франком. Статья "О возникновении спектров бета-лучей радиоактивных веществ" была представлена на конкурс для получения доцентуры.
В отзыве на четырех страницах Макс фон Лауэ высоко оценил исследовательскую работу своей коллеги. В заключение он писал "Так как фрейляйн Мейтнер принадлежит к признанным во всем мире исследователям в области радиоактивности, то факультет, безусловно, заинтересован в ее доцентуре. Поэтому я предлагаю допустить ее к пробной лекции и коллоквиуму и добавлю еще, что вношу следующее предложение: на основании 64 факультетского устава отказаться от того и другого, чтобы дать ей возможность показать перед факультетом свои, несомненно, основательные знания и в других областях физики". Физик-экспериментатор Рубенс выразил свое согласие с отзывом Лауэ во всех пунктах.
Как видно из протоколов, факультет отказался от пробной лекции и коллоквиума, а Лиза Мейтнер поблагодарила декана за этот "знак доверия", который она очень высоко оценила. Первую публичную лекцию она читала 31 октября 1922 года на тему "Значение радиоактивности для космических процессов". Ган вспоминает, что ежедневная газета в своем сообщении о лекции нового доцента допустила знаменательную ошибку: вместо слова "космических" было напечатано "косметических".
С 1926 года Лиза Мейтнер была "нештатным экстраординарным профессором" Берлинского университета. Она читала лекции по атомной физике и исследованиям радия. Неоднократно она получала почетные приглашения читать лекции за границей: в Копенгагене, Лондоне, Цюрихе и Риме. Коллеги глубоко уважали ее за научные заслуги, особенно в исследованиях бета- и гамма-лучей, а также за ее преданность науке, за ее энергию и глубокую убежденность "при почти детской скромности", как писал Ган.
Отто Ган, к радости своих сотрудников отказавшийся от приглашения в Высшую техническую школу в Ганновере, в 1928 году был назначен директором Института химии им. кайзера Вильгельма. Одновременно он продолжал преподавать в университете (с 1910 года в звании профессора), хотя его преподавательская деятельность и отходила на задний план в сравнении с исследовательской.
Уже в 1925 году Ган в одной из публичных лекций в Академии (в 1924 году он был принят в Берлинскую Академию наук) рассматривал вопрос об использовании радиоактивности для исследования истории Земли. В этой лекции, которая была опубликована в 1926 году, он сообщил об известных тогда гелиевом и свинцовом методах. В начале 30-х годов исследователь вернулся к той мысли, которая занимала его перед переездом в новый институт лет двадцать назад, но не получила развития.
При исследовании канадской слюды, содержащей рубидий, Отто Ган пришел к выводу о возможности нового метода определения возраста земных пород, который имел множество преимуществ, особенно в случае очень старых пород, перед гелиевым и свинцовым методами и был намного более надежным. Он использовал факт образования из рубидия стронция. Предложенный им новый метод оказался эффективным и при определении возраста каменных метеоритов.
Метод радиоактивных "индикаторов", предложенный венгром Хевеши и немцем Пакетом, получил со стороны Отто Гана существенную поддержку. Использование искусственных радиоактивных изотопов в качестве индикаторов в медицине, химии, металлургии и в других областях вскоре получило широкое распространение. Во многих исследованиях участвовала и Лиза Мейтнер.
Одной из трагических глав новейшей истории немецких университетов является то, что Лиза Мейтнер в числе других ученых в 1933 году вынуждена была прекратить свою преподавательскую деятельность, так как она не принадлежала к лицам "чисто арийского" происхождения. На основе фашистского закона от 7 апреля 1933 года, который лицемерно назывался "Законом о переаттестации профессиональной бюрократии", исследовательница 6 сентября 1933 года была лишена диплома на право преподавания, одновременно с сорока семью другими членами профессорско-преподавательского состава, среди которых были физик Петер Прингсгейм и философ Ганс Рейхенбах. За этим последовали и другие увольнения. Только Берлинский университет лишился таким образом свыше двухсот преподавателей.