Резерфорд - Даниил Данин

Да, автор работал быстрее типографии. Пока под нескончаемо ровный метроном дождя рука Резерфорда правила огрехи в гранках, его мысль вела поиск далеко за пределами набранного текста. Однажды — было это, очевидно, 15 августа 1903 года — вымокший почтальон принес ему письма и бандероли из Лондона. Среди них последний номер «Nature», вышедший два дня назад. Он пробежал статью Рамзая и Содди. Подумал, сколько разговоров вызовет она среди ученых. Но для него, единственного, там не было ничего нового: доказывалось, что радий и эманация порождают гелий. Однако приятно было прочесть, что это поработали на Говер-стрит его заветные 30 миллиграммов изенталевского бромида.

Он уже снова склонился над графиками, как вдруг неотлучная мысль об альфа-частицах заставила его схватить чистый лист бумаги. Мысль была коротка и неотразима — удивительно, что раньше она не приходила ему на ум: «Да ведь эти атомы гелия, рождаемые радием, просто альфа-частицы!»

К вечеру он закончил двухстраничную статью для «Nature» — краткие соображения в пользу новой идеи и возможная программа их экспериментальной проверки. Он сделал остроумный оценочный подсчет количества альфа-частиц, испускаемых граммом радия за секунду. Все нужные для этого данные были под рукой — в гранках его собственной книги. Но, впрочем, он помнил эти данные наизусть, а считать любил в уме. Получилось — 2,4·1011 альфа-частиц в секунду. Весьма приблизительная величина… Однако не столько само число тут было интересно, сколько руководящая нить его расчета.

Пьер Кюри давно обнаружил: радий теплее окружающей его атмосферы. А недавно вместе с Лабордом измерил этот тепловой эффект. Резерфорд подумал: источник «лишнего» тепла — движение альфа-частиц. Они вылетают из атомов радия во всей массе препарата и легко поглощаются в его толще, передавая свою кинетическую энергию молекулам радиевой соли и повышая ее температуру. Другими словами, препарат нагревается за счет энергии движения всех альфа-частиц, излучаемых радием: можно пренебречь той их малой долей, что все-таки прорывается наружу и растрачивает свою энергию в воздухе. Скорость альфа-частиц известна — он сам дал ей приблизительную оценку. И масса известна, если верно, что они — ионы гелия. А масса и скорость — все, что нужно для определения энергии каждой частицы в отдельности… Он написал:

Такая самобомбардировка радия, вероятно, и создает большую часть тепла, которое поддерживает в препарате температуру более высокую, чем у окружающей атмосферы. Предположив в данном случае, что все тепло имеет своим источником эту непрерывную бомбардировку, можно легко оценить число альфа-частиц, испускаемых за секунду граммом радия.

Так, разделив величину теплового эффекта Кюри — Лаборда на величину энергии одной частицы, он получил число: 2,4·1011. А по данным Томсона и Таунсенда, он так же легко прикинул, сколько ионов должно содержаться в кубике полностью ионизованного газа: 3,6·1019 при нормальном давлении. Теперь, взяв отношение первого числа ко второму, он узнал, какой объем гелия или «альфа-газа» должен выделяться из грамма радия за секунду: примерно шесть миллионных долей кубического миллиметра. Вот и основа для возможного эксперимента!

Он еще не знал тогда, что через пять лет, уже не в Монреале, а в Манчестере, найдет красивейший способ прямо продемонстрировать равнозначность гелия и альфа-частиц. И та его маленькая статья 1903 года сегодня интересна главным образом с психологической точки зрения. Так обычно рождались его замыслы: томление мысли приводило к внезапной догадке; пробужденное воображение тотчас отыскивало наглядную модель явления; завидная память выплескивала всю нужную количественную информацию; жажда новых результатов торопила поиск решения, и оно созревало безотлагательно…

С момента появления вымокшего почтальона до отправки в Лондон той статьи не прошло и суток. Во всяком случае, дождь затихнуть не успел.

…Тихая бомбардировка дождя. Может быть, это она укрепила тогда в его воображении образ самобомбардировки радия — непрерывной бомбардировки атомов альфа-частицами. Конечно, этот образ и до Резерфорда встречался если не в атомной, то в статистической физике. Но после Резерфорда он стал популярнейшей метафорой в науке о микромире. А все оттого, что Резерфорд увидел в нем нечто большее, чем удачную метафору: ему открылся прямой артиллерийский — наступательный! — смысл атомной бомбардировки.

С этим-то и связана была вторая догадка, осенившая его под дождями Уэльса.

Дожди его так донимали, что он пожаловался на небеса Дж. Дж. Томсону, точно тот был господом богом и мог разогнать облака над уэльским местечком. Дж. Дж. утешил его наилучшим образом: написал в ответ, что все это знакомо ему самому по горькому опыту, но зато, добавил он, Резерфорд будет вознагражден хорошими днями в Саутспорте. Он имел в виду не погоду, а признание и аплодисменты. (Дж. Дж. не предвидел столкновений с Кельвином и Армстронгом.)

Резерфорд начал обдумывать свою будущую, отчасти уже известную нам речь на конгрессе Би-Эй. Представил себе море голов, в котором лишь островками будут разбросаны истинно сведущие в предмете люди. И решил: надо будет, кроме всего прочего, рассказать о вещах, поражающих воображение.

Он вспомнил об опытах со спинтарископом Крукса. В общем-то к этому простенькому прибору относились тогда как к «научной игрушке» (Андраде). Продолговатый ящик. Одна из стенок — экран, покрытый сернистым цинком. Напротив — линза. Перед экраном крупинка радия на тонкой игле. Радиация вызывает мгновенные вспышки на экране. Они хорошо видны через линзу. Их можно при желании даже считать.

…В спинтарископе Резерфорда вместо радия излучала крупинка полония. Это означало, что сцинцилляции наверняка вызывались только альфа-бомбардировкой. В сущности, никакого опыта и не было. Было размышление над физическим смыслом этих завораживающе красивых микрособытий. Объяснить их физика еще не умела. Но Резерфорд реально представил себе происходящее: летит тяжелый снаряд, соизмеримый с самими атомами экрана-мишени; он врезается в один из них, принеся с собою огромную энергию; и встретившийся с такой альфа-частицей атом не просто отлетает в сторону; что-то важное совершается в его недрах; воочию наблюдаемое световое излучение пострадавшего атома — последствие такого вторжения.

Инструмент для проникновения во внутриатомный мир — вот что такое альфа-частицы!

В Саутспорте, заговорив о сцинцилляциях, он выразил эту мысль в словах, действительно поразивших воображение многих: «Впервые мы наблюдали некий, вероятно единичный, атомный эффект»!