Неслучайные случайности - Валентин Азерников

В конце 1899 года, то есть тогда, когда Резерфорд отправил в Англию свои статьи по радиоактивности, Крукс также заинтересовался данной проблемой. Он на время свернул частную консультативную химическую практику, которой занимался не для заработка — он был состоятельным человеком, — а из любви к химии, поручил помощникам следить за изданием еженедельного химического журнала, который выпускал также не корысти ради, и всерьез засел в своей лаборатории.

Из того, что он прочел о радиоактивности, он понял, что ее обнаружить можно либо с помощью электроскопа, либо с помощью фотографических пластинок. В первом приборе он не очень разбирался, а в фотографии был докой и поэтому остановил свой выбор на втором методе, более сложном, но, как всякая знакомая дорога, в конечном счете более коротком. Итак, вооружившись урановым препаратом, фотопластинками и терпением, он решил попытаться выделить радий, как это делали на континенте супруги Кюри. Правда, его технология выделения несколько отличалась от технологии Кюри. Как, впрочем, оказались отличными и результаты: когда он приготовил наконец желанный азотнокислый уранил, оказалось, что тот никакого воздействия на фотопластинки не производит.

Пришлось начать все сначала, но уже с оглядкой. Через некоторое время Крукс обнаружил, в чем загвоздка: радиоактивность, оказывается, уходила в раствор, где вроде бы не было урана; а в той порции, где он вроде бы был, не было радиоактивности. Что это означало? Это означало, решил Крукс, что в той смеси веществ, которую он обычно выбрасывал, находится какое-то новое, неизвестное вещество, похожее на уран, но вместе с тем не уран и не похожее на другие радиоактивные элементы — полоний и радий. Поразмыслив, как бы назвать незнакомца, Крукс окрестил его весьма просто и остроумно — уран-Х. Сейчас мы знаем, что Крукс выделил изотоп тория — торий 234, образующийся в результате альфа-распада урана-238.

В мае 1900 года Крукс доложил о своей странной находке Королевскому обществу. Сначала ему даже не очень поверили. Но вскоре данные Крукса подтвердил не кто иной, как сам Беккерель; на заседании Парижской Академии наук он доложил об аналогичных результатах. Но сам термин «изотоп» все еще не был никем произнесен, так как о самом понятии изотопии еще не было речи лет десять, пока не накопились в достаточном количестве новые факты. А до тех пор по страницам научных журналов кочевали различные мистеры Иксы: радий А, радий В, радий С, и т. д. И т. п.

Резерфорд в это время наслаждался прелестями тихой сельской жизни в Новой Зеландии, помогал родителям по хозяйству, готовился увезти Мэри Ньютон… нет, теперь уже Мэри Резерфорд.

А по волнам Атлантического океана плыл еще один участник предстоящего открытия; его путь лежал также в Канаду, ехал он из Англии, где год назад окончил Оксфордский университет с дипломом химика. Звали его Фредерик Содди, и направлялся он в Монреаль, чтобы получить там интересующую его работу. Но ему не повезло: он обнаружил, что работа, ради которой он покинул Англию, уплыла от него, пока он плыл к ней. Однако ему настолько понравился Мак-Гиллский университет, и в особенности химическая лаборатория, которой досталась часть из четырех миллионов Макдональда, что он решил остаться здесь на любой должности, какую предложат. Ему предложили быть руководителем лабораторного практикума по химии, и он согласился.

Ну, а дальше события развивались самым естественным образом. Резерфорд осенью возвращается в Монреаль и находит там в химической лаборатории нового сотрудника, жаждущего исследовательской работы, а у себя на столе — последние научные журналы, призывавшие к этой самой работе. И происходит неизбежное: физик Резерфорд предлагает химику Содди сотрудничество, так как проблема, которую предстоит решить, и физическая и химическая одновременно, и вместе с тем, как писал о ней Содди, она не подчинена «ни физике, ни химии в том виде, как понимались эти науки до появления радиоактивности».

Кстати, Содди, как оказалось, был ученым с сильно развитым поэтическим восприятием мира и даже таких сложных процессов, как радиоактивность. Вот как он писал о радии в своей книге: «Он черпает свои запасы энергии из неизвестного до наших дней источника и подчиняется еще не открытым законам. Есть что-то возвышенное в его отчужденности от окружающей среды и в его безразличии к ней. Он как будто ведет свою родословную от миров, лежащих вне нас, питаемый тем же неугасимым огнем, движимый тем же лежащим вне нашего контроля механизмом, который поддерживает свет солнца в небесах в бесконечные периоды времени». Прекрасно сказано — и точно, и образно.

Но этот отрывок взят из популярной книги Фредерика; в статье, которую они с Резерфордом отправили в журнал, эти же идеи выражались совсем иным языком — сухим и бесстрастным, как и положено в серьезной статье. Статья эта, названная «Причина и природа радиоактивности», произвела революцию в науке. В ней впервые высказывалась мысль о том, что радиоактивность — не что иное, как переход одних элементов в другие, сопровождаемый испусканием либо альфа-лучей, либо бета-лучей. Свои выводы ученые сделали из четких экспериментов с веществом, которое они обнаружили при исследовании радиоактивного распада тория и которое назвали, по примеру Крукса, торием-Х. При тщательном исследовании оказалось, что эманация тория получается не из самого тория, а из этого нового промежуточного тория-Х, который каждые четыре дня вдвое уменьшает свою радиоактивность. Как теперь мы понимаем, ученые имели дело с радиоактивным изотопом радия — радием-226.

Так впервые в лексиконе науки появились новые понятия: самопроизвольный распад элементов, период полураспада. Многие ученые, воспитанные на старых представлениях о неделимости атомов, не могли принять новые концепции. Даже такой великий физик, как лорд Кельвин, до самой своей смерти отказывался признать радиоактивный распад атомов. Но факты, неумолимые факты, добытые в изящных и точных экспериментах Резерфордом и Содди, неумолимо свидетельствовали: атом делим.

Свои исследования того периода Резерфорд суммировал в капитальном труде «Радиоактивные вещества и их излучения». Впервые эта книга вышла в 1904 году, но с тех пор много раз переиздавалась в разных странах мира и пополнялась новыми главами, написанными самим автором или вместе с учениками. Когда она вышла впервые, лорд Релей, один из ведущих английских физиков, написал о ней: «Книга Резерфорда не имеет себе равных в качестве авторитетного изложения известных свойств радиоактивных тел. Большей частью этих знаний мы обязаны самому автору. Его изумительная энергия на этом поприще заслужила всеобщее восхищение. В течение нескольких лет едва ли проходил месяц без его личного вклада или вклада его учеников, которых он увлек этой проблемой». Могу перевести эту качественную оценку Релея на язык цифр: пятьдесят научных статей за неполные девять лет, и каких статей — основополагающих.

Нет просто возможности рассказать обо всех них, хотя они стоят того, поскольку большей частью это описание экспериментов, а тут Резерфорд — волшебник, за действиями которого просто интересно наблюдать. Расскажу только об одном открытии, сделанном в Монреале, — не потому что оно венчает великий канадский период его жизни, а потому, что имеет непосредственное отношение к тому вроде бы случайному открытию, о котором я должен поведать в этой книге и которое было сделано в следующий великий период его жизни — манчестерский.

Итак, перед тем как распрощаться с гостеприимным Мак-Гиллским университетом, много сделавшим для славы Резерфорда, который в свою очередь много сделал для славы Мак-Гиллского университета, давайте посмотрим, как Эрнест показал, что из себя представляют открытые им альфа-лучи. Это исследование носит принципиальный характер, так как важно было понять, что же уносится из атома при его радиоактивном распаде.

Я уж приводил высказывание ученика Резерфорда академика П.Л. Капицы об экспериментальном мастерстве своего учителя. В опыте, который он поставил для изучения альфа-частиц, это качество проявилось в полной мере. Петр Леонидович, рассказывая о Резерфорде, привел любопытное наблюдение. По его мнению, физики делятся на два типа исследователей. «Одни — это тип скорее немецкой школы, экспериментатор исходит из известных теоретических предположений и старается их проверить на опыте». Я прерву здесь рассказ Капицы, чтобы пояснить его мысль и напомнить о работах Рентгена; до того, как он открыл свои лучи, что было незапланированной находкой, он занимался как раз методичной работой с катодными лучами, проверяя правильность существовавших относительно них теоретических воззрений. Но послушаем дальше Петра Леонидовича: «Другой же тип ученого, скорее английской школы, исходит не из теории, а из самого явления — изучает его и смотрит, может ли это явление быть объяснено существующими теориями. Тут изучение явления, анализ его являются основным мотивом для эксперимента. И если такое деление возможно, Резерфорд был ярким представителем этого второго направления в экспериментальной физике. Главное для Резерфорда было — разобраться, понять явление. Эксперимент должен быть так построен, чтобы было ясно, в чем состоит явление».