Неслучайные случайности - Валентин Азерников

Это могло означать только одно: альфа-частица на что-то наталкивалась при своем полете, какое-то мощное электрическое поле, заряженное так же, как и она, положительно, отшвыривало ее в сторону. Но в «пудинге с изюмом» не было таких сил, и, значит… и, значит, «пудинг с изюмом» надо было убирать с праздничного стола физики: старая модель Томсона не вязалась с новыми фактами.

Резерфорд не сразу пришел к такому революционному выводу, но довольно быстро. Уже через три недели он сделал первые расчеты, ниспровергающие томсоновскую модель. Тем временем Марсден и Гейгер оформили свои наблюдения в виде статьи, и летом 1909 года она была зачитана перед членами Королевского общества в Лондоне, и, как отмечали старожилы, Марсден был самым молодым автором, представшим перед маститыми учеными Англии. Это была не единственная радость, которую принесла ему его неожиданная находка: он закончил Манчестерский университет с высшим отличием, и его вклад в науку был оценен степенью бакалавра физических наук.

К зиме 1910 года Гейгер описал свои эксперименты по рассеянию альфа-частиц, проходящих сквозь фольгу, и отправил статью в печать. Все в этой статье было хорошо, и все вязалось с прежним представлением об атоме, кроме некоторых «сумасшедших» частиц, вытворяющих то, что им совершенно не положено; по расчетам Гейгера выходило, что вероятность их отклонения на 90Ї была такой ничтожной, что ее нельзя было принимать в расчет. И все же, поскольку верны были и эксперименты Марсдена, то ее надо было принимать в расчет. Как все это примирить, ни Марсден, ни Гейгер не знали, но это уже знал их учитель.

С февраля по декабрь 1910 года он засадил всех своих сотрудников за эксперименты: ему нужны точные цифры, как можно больше цифр, только расчеты могут рассеять сомнения. К декабрю их накопилось достаточно, и Резерфорд смог взяться за вывод формулы, увязывающей эксперимент Марсдена со строением атома. Сопоставив два очевидных факта — свободный пролет альфа-частиц сквозь атомы вещества и редкие отклонения в сторону, — Резерфорд пришел к совершенно новой, идущей вразрез со всеми канонами физики модели атома.

По его подсчетам выходило, что атом представляет собой не равномерно заполненную сферу, а маленькое подобие Солнечной системы; в центре массивное положительное ядро, а вокруг вращаются отрицательные электроны, которые удерживаются на своей орбите благодаря центробежной силе, уравновешивающей силу притяжения. Новая модель прекрасно примиряла казавшиеся непримиримыми опыты Гейгера и Марсдена. Становилось ясно, почему большая часть альфа-частиц проскакивает атом, как будто он пустой. Он и был, по существу, пустой, так как радиус ядра получался равным одной десятитысячной радиуса среднего атома. И становилось ясным, почему меньшая их часть меняет свой путь: это происходит в тех редких случаях, когда частица пролетает вблизи ядра и либо сталкивается с ним, либо отклоняется его сильным электрическим полем.

К февралю Резерфорд закончил расчеты; март ушел на то, чтобы дать возможность Гейгеру еще раз их тщательно проверить и увязать со своими опытами; и в апреле все было кончено: все сходилось, все было «зер гут», как сказал Гейгер, и «о'кей», как сказал Резерфорд.

Статья Резерфорда, направленная в этом же месяце в «Философский журнал», орган Королевского общества, произвела такое ошеломляющее впечатление на редакторов и на руководство Королевского общества, что ее решили, вопреки всем традициям, печатать немедленно, тут же, вставив в уже почти готовый номер. Для этого даже пришлось снять менее значительную статью; кому-то не повезло.

Но физике и науке в целом повезло очень: уже в майском номере журнала появилась статья профессора Резерфорда, возвестившая о рождении новой планетарной модели атома — будущей основы всей атомной физики.

Любопытно, что сравнительно незадолго до этого, всего тридцать лет назад, Генрих Герц написал в письме к родителям, что ему попалась в руки научная книга, изданная в конце XVII века, и вот тогда ученому было что делать, не то что теперь, в конце XIX века. «Мне иногда действительно жаль, — писал он, — что я не жил тогда, когда еще столь многое не было открыто; правда, и теперь еще имеется много неизвестного, однако я не верю, что сейчас может быть легко найдено что-нибудь такое, что может подействовать столь преобразующе на все мировоззрение, как в то время, когда телескоп и микроскоп были еще только изобретены!» Мало того, что сам Герц своими открытиями вскоре опроверг собственное пессимистическое утверждение; если бы он дожил до открытия Резерфорда, он мог бы убедиться еще раз, что физикам было что делать в конце XIX и начале ХХ века.

Конечно же, новую модель приняли не сразу и не все, и дело здесь не только в том, что она шла вразрез с принятыми понятиями — ученые привыкли к периодическому крушению идолов, — но она была еще чревата и внутренними противоречиями, которые сам Резерфорд не смог объяснить. Он и не мог этого сразу сделать — еще не приехал к нему ученик из Дании Нильс Бор, который устранит эти противоречия; еще не появились работы француза Луи де Бройля, примирившего волну с квантом; еще не взялись за расчеты немецкие физики Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг, придавшие окончательный блеск атомной модели Резерфорда — Бора — так она стала называться после того, как ученик дополнил работу учителя. И хотя учитель поначалу не понял того, что предложил ученик, он все же нашел в себе мужество сначала признаться в этом, а потом разобраться в новом открытии Бора.

Нильс Бор, крупнейший физик нашего века, вспоминает, как отреагировал его бывший учитель на новый квантовый вариант планетарной модели атома: «Резерфорд не сказал, что это глупо, но он никак не мог понять, каким образом электрон, начиная прыжок с одной орбиты на другую, знает, какой квант нужно ему испускать».

Примерно так же отнеслись некоторые крупные физики и к открытию самого Резерфорда. Новые знания всегда трудно уложить в прокрустово ложе старых представлений. Но, в отличие от многих своих современников, Резерфорд все же легко усваивал новые идеи и, главное, не мешал своим многочисленным ученикам разрабатывать их.

Я вновь хочу процитировать несколько отрывков из воспоминаний академика Капицы — кто более него знает эту сторону характера Резерфорда. Вот что пишет Петр Леонидович: "По отношению к своим ученикам Резерфорд проявлял исключительную заботу. Его взгляд на учеников, схематизируя, такой — он говорил:

— Если у меня работает молодой ученый и после двух лет работы приходит ко мне и спрашивает, что же мне делать дальше, я ему советую бросить работу в области науки, ибо, если человек после двух лет работы не знает, что ему делать дальше, из него не может выйти ученый.

По существу, он так резко никогда не ставил вопрос и под тем или иным предлогом всегда находил своим неудавшимся ученикам место либо где-нибудь в промышленной лаборатории, либо место в какой-нибудь школе или университете.

Но если человек проявлял инициативу, индивидуальность, то Резерфорд оказывал такому человеку всяческую поддержку и внимание".

Кстати, сам Капица почувствовал это прежде всего на себе. "Приехав работать к нему в лабораторию, — вспоминает он, — я сразу был поражен этой заботливостью. Резерфорд не позволял работать дольше шести часов вечера в лаборатории, а по выходным дням не позволял работать совсем. Я протестовал, но он сказал:

— Совершенно достаточно работать до шести часов, остальное время вам надо думать. Плохи люди, которые слишком много работают и слишком мало думают.

…Я помню, еще в начале своей работы в Кембридже я пришел к Резерфорду и сказал:

— У вас работает X, он работает над безнадежной идеей и напрасно тратит время, приборы и т. п.

— Я знаю это, — отвечал Резерфорд. — Я знаю, что он работает над абсолютно безнадежной проблемой, но зато эта проблема его собственная, и если работа у него не выйдет, то она его научит самостоятельно мыслить и приведет к другой проблеме, которая уже не будет безнадежной.

…Резерфорд прекрасно понимал значение, которое для него самого имели ученики. Для него дело было не только в том, что поднималась научная производительность лаборатории. Он говорил:

— Ученики заставляют меня самого оставаться молодым".

И это глубокая правда. Именно молодость духа позволила Резерфорду принять в конце концов новые квантовые концепции Нильса Бора, достроившего его атом. Он не говорил, подобно лорду Кельвину, что этого не может быть, потому что он в это не верит; поначалу только призадумался, а потом поверил и принял. И радовался успеху своего ученика, как своему собственному.

Заслуги Резерфорда перед физикой огромны. Я рассказал лишь о некоторых его открытиях, связанных с темой нашей книги: либо они продолжали работы Беккереля, либо были связаны с некоей неожиданной случайностью. Но даже в случайно обнаруженном факте, который иной физик мог бы просто принять за ошибку опыта или нерадивость студента, Резерфорд сразу же увидел новый смысл, меняющий представление о строении атома.