Резерфорд - Даниил Данин

Сегодня уже едва ли можно с точностью установить, как возник замысел знаменитой работы, решившей эту проблему: принадлежал ли он целиком Мозли или отчасти еще и математику Дарвину, не была ли руководящая идея подсказана Бором или внушена Резерфордом? Одно несомненно: ранним летом 13-го года, когда «Philosophical magazine» со статьей Бора в свет еще не вышел, Манчестер был единственным местом на земле, где подобный замысел мог прийти в голову экспериментатору. А Мозли был в Манчестере единственным исследователем, безусловно пригодным для его осуществления.

Дело в том, что уже около года Мозли занимался рентгеновскими спектрами. А для Манчестерской лаборатории такая тема была отнюдь не традиционной. Сам Резерфорд, наверное, с кавендишевских времен не держал в руках ренгтеновской трубки: спровоцировав когда-то Беккереля на открытие урановой радиации, X-лучи стали в дальнейшем областью экспериментирования, не пересекавшейся с радиоактивностью. И молодому физику, пленившемуся в те времена именно X-лучами, следовало искать себе вакантное место или в Вюрцбурге, где они были открыты; или в Мюнхене, где теперь работал Рентген и где в 1912 году Макс фон Лауэ предсказал, а его ученики открыли дифракцию этих лучей в кристаллах; или в Ливерпуле, где в 1911 году старый кавендишевец Чарльз Баркла обнаружил особое — характеристическое для каждого элемента — рентгеновское излучение; или в Лиддсе, где Вильям Генри и Вильям Лоуренс Брэгги — отец и сын — разрабатывали рентгеновский метод анализа кристаллических структур; или, скажем, в Париже, где Морис де Бройль-старший упорно изучал эту невидимую радиацию… Словом, где угодно — только не в Манчестере стоило искать пристанище для занятий рентгеновыми лучами. И конечно, бакалавр Мозли вовсе не ими собирался заниматься, когда летом 1910 года, окончив оксфордский колледж Святой троицы, написал Резерфорду письмопрошение с просьбой принять его в штат Манчестерской лаборатории. Его увлекали радиоактивность и строение вещества. И принятый, подобно Марсдену, на самый низший лабораторный пост, он два года самоотреченно трудился то над короткоживущими продуктами распада (с Казимиром Фаянсом), то над гамма-радиацией (с Уолтером Маковером), то над бета-лучами (вполне самостоятельно)… Острый интерес к рентгену возник у него только в 1912 году, когда в работах Баркла, Лауэ, Брэггов он вдруг почуял верный путь к обильному источнику новой информации о глубинном устройстве атомов.

Жаждой такой информации жила вся лаборатория. Мозли не стоило труда склонить к совместной работе над рентгеновскими спектрами своего давнего — еще доманчестерского — приятеля Чарльза Дарвина. Труднее было получить одобрение Резерфорда.

Шеф не выносил в научных делах ни малейшего привкуса прожектерского легкомыслия. А тут этот привкус ощущался. И тем явственнее, что на вопрос, какую задачу они, собственно, собираются решать, оба довольно беззаботно, судя по воспоминаниям Дарвина, ответили: «У нас нет никаких идей, мы просто хотим узнать, что за штука эти X-лучи, поскольку Баркла считает их электромагнитными волнами, а Брэгг-отец — частицами…» Они лукавили: открытие дифракции уже подтвердило правоту Баркла — огибать препятствия, узлы кристаллической решетки, могли только волны. А до одновременного признания правоты и Брэгга — до квантовомеханической идеи о всеобщем дуализме волн-частиц — было еще далеко. Молодые люди лукавили, не желая взваливать на плечи груз обещаний, быть может невыполнимых. Резерфорд насмешливо спросил, нравится ли им роль слабых лошадок в гандикапе. И полюбопытствовал, ясно ли им рисуется перспектива трудного соперничества с лабораториями, где на X-лучах давно собаку съели.

Этот довод, как и другие, их решимости не поколебал. Они настаивали. Молча глядя на них, шеф перебирал в памяти детали двухлетнего знакомства с ними: ни тот, ни другой пока не сделали ни одного опрометчивого шага. Еще он прикинул в уме, что особых затрат их замысел не потребует. И взвесил возможный прибыток: лаборатория обзаведется собственными специалистами по рентгену. И наконец, вспомнил девиз Максвелла, нравившийся ему со времен кавендишевской молодости:

Я никогда не пробую отговорить человека от попытки провести тот или другой эксперимент. Если он не найдет того, что ищет, он, может быть, откроет нечто иное.

Резерфорду не пришлось жалеть о согласии, которое он дал. Прибыток превзошел ожидания. (С течением жизни он все чаще убеждался, что широта и терпимость самая выгодная линия поведения для правителя лаборатории. Да и для любого правителя вообще. Широта и терпимость — это не обещание наград за успех, а избавление от наказания за неудачу. Но ищущим это-то всего более и необходимо — право на риск.)

Совместная работа молодых друзей продолжалась до начала 13-го года, и в итоге они выполнили исследование, ставшее одним из классических в истории изучения рентгеновых лучей. Через полвека Дарвин резюмировал сделанное ими в полуфразе: «… мы убедились, что X-лучи подобны обычному свету, но частота их гораздо выше». А главное произошло чуть позже, когда Мозли, отделившись от Дарвина, ушедшего с головой в математические заботы, стал в одиночестве исследовать характеристические рентгеновские спектры разных металлов — спектры Баркла.

Это были такие же линейчатые атомные спектры, как и обычные, те, что получаются в диапазоне частот видимого света. Они тоже являли собою визитные карточки химических элементов: у каждого был свой набор высокочастотных спектральных линий. Мозли начал размышлять над их происхождением как раз тогда, когда в весеннем Манчестере 13-го года появился вслед за объемистым пакетом из Копенгагена сам Бор и пошли разговоры о бурных дискуссиях между датчанином и шефом. Неважно от кого из них — от шефа или от датчанина — впервые услышал Мозли о квантовой теории водородного атома. В обоих случаях информация была надежной. Существенно, что Мозли сразу пустил ее в дело. В его руках «h-гипотеза» начала служить физике еще до ее опубликования.

Он не сомневался: линейчатость характеристических рентгеновских спектров тоже объясняется скачкообразными переходами возбужденных атомов в состояние устойчивости.

В теории Бора тогда еще не было представления об электронных оболочках в атомах и о правилах их заполнения. И Мозли пришлось отчасти предвосхитить этот шаг в развитии планетарной модели. Схема событий, порождающих рентгеновский спектр, рисовалась ему так. Когда катодный луч — а этот агент посерьезней пламени горелки — вырывает из атома электрон, обитавший на самом глубинном уровне, там возникает как бы вакантное место. Один из электронов, сидящих на следующем — втором — энергетическом уровне, падает вниз, заполняя дыру. Такие перескоки со второй орбиты на первую выглядели наиболее вероятными. Естественно было думать, что они-то и создают в высокочастотном спектре каждого элемента самую интенсивную линию.