Валентин Азерников - Физика. Великие открытия

Может быть, желая искупить некоторую вину эксцентричного и эгоистичного Кавендиша перед наукой, его наследники предоставили средства для строительства физической лаборатории Кембриджского университета. Но, в конце концов, не так уж и важно, какими соображениями они руководствовались, важно, что лаборатория была построена и хорошо оснащена, и в 1874 году красивое готическое трехэтажное здание приняло первых исследователей. Через десять лет после открытия директором лаборатории стал Джозеф Джон Томсон, выдающийся английский физик, открывший электрон, которого его ученики и коллеги, чтобы не путать с другим великим Томсоном, лордом Кельвином, и с его собственным сыном, не столь великим Джорджем Томсоном, называли ласково Джи-Джи.

С приходом Джи-Джи — позволим и мы себе иногда его так называть — в Кавендишской лаборатории закипела новая жизнь. Директор решил заняться широким кругом физических проблем, поскольку сам имел многочисленные интересы в физике. А для этого нужны были помощники, и отсюда вытекало второе его начинание: он добился отмены консервативного наследия своих предшественников и пригласил в лабораторию иногородних, как теперь мы говорим, и иностранных ученых. Вот в числе этих первых «чужаков» и появился в чопорном Кембридже Эрнест Резерфорд (Крайстчерчер, Новая Зеландия); одновременно был принят на работу и Поль Ланжевен (Париж, Франция), впоследствии один из близких друзей Эрнеста. Кстати, вот почему Резерфорд попал к нему на обед в Париже спустя восемь лет.

Страница из рукописи Кавендиша.

Когда Резерфорд впервые предстал перед директором, тот, несмотря на разницу в возрасте и положении, очень внимательно и дружески расспросил его о научных склонностях и планах. Узнав, что в университете он увлекался электромагнитными колебаниями и даже привез с собой сконструированный им самим передатчик, Томсон тактично предложил для начала продолжить свои работы в данной области. Это было разумное предложение: оно давало возможность новичку в науке и новичку в Кембридже постепенно освоиться и на первых порах показать себя с лучшей стороны, что было немаловажно для творческого самочувствия двадцатичетырехлетнего стажера.

Резерфорд, ободренный столь чутким отношением Джи-Джи, вначале решил продолжить изучение электромагнитных волн и особенности их распространения. Очень быстро, уже на следующий год, он добился выдающихся по тем временем практических результатов — установил радиосвязь между Кавендишской лабораторией и университетской обсерваторией, расположенной в трех километрах. Петр Леонидович Капица пишет в своих воспоминаниях, что это был рекорд дальности и, «продолжай он эти работы, он ушел бы очень далеко». Но, как рассказывал потом сам Эрнест, его не манили практические перспективы; чтобы развивать свое достижение, надо было усовершенствовать приемник, передатчик, другую аппаратуру, а это было ему не по душе.

Ученый мир был взбудоражен открытием Рентгена, и Резерфорд не хотел оставаться в стороне от самых новых исследований. К тому же Томсон сделал ему весьма лестное предложение работать под личным руководством директора лаборатории. Поэтому Эрнест свернул свои радиоработы, передатчик подарил итальянскому инженеру Маркони, который, кстати, использовал его в дальнейшем, и приступил к штурму самых высоких вершин физики, чтобы постепенно, одну за другой, покорить их, взойти туда первым и получить таким образом право дать им свое имя.

Но начало было скромным: Резерфорд совместно с Томсоном принялись за изучение ионизации газов и воздуха в том числе, лучами Рентгена. За несколько месяцев 1896 года они достигли весьма приличных успехов, и не случись тут еще открытия Беккереля, и не увлекись Резерфорд новой темой, и не оставь из-за этого ионизацию, может, он стал бы соавтором эпохального открытия, сделанного через год его учителем, — открытия электрона.

Но обнаружение урановых лучей вселило смятение в его душу, и он оставил рентгеновские лучи, чтобы заняться новым загадочным феноменом. Было бы несправедливо обвинять молодого ученого в легкомыслии, этаком порхании от темы к теме; дело в том, что в лучах Беккереля Резерфорд поначалу усмотрел нечто общее с лучами Рентгена, и, поскольку в изучении последних он уже немало преуспел, было вполне логично приступить к их взаимному сравнению.

Первое исследование подтвердило его гипотезу: урановые лучи также ионизировали воздух. Но дальше пошли неожиданности: излучение урана сильно отличалось от рентгеновского. Почти год возился Эрнест со своей работой, первой самостоятельной работой, и в результате должен был признать, что ошибся в исходной посылке.

Резерфорд не очень огорчился, обнаружив, что лучи Рентгена и лучи Беккереля имеют разную природу; он резонно решил поискать смысл в полученном отрицательном ответе — почему у них разная природа, чем они отличаются друг от друга.

И когда Эрнест поступил вот таким единственно разумным образом, он очень быстро пришел к открытию, пролившему свет на природу радиоактивности. Экспериментируя с лучами Беккереля, исследуя их поведение в магнитном поле, он обнаружил, что они состоят как минимум из двух различных компонентов. Одно излучение легко поглощалось даже листом бумаги, другое обладало большей проницаемостью, оно проходило сквозь алюминиевую фольгу. Чтобы не путаться в названиях этих составных частей, он назвал их очень просто — первыми двумя буквами греческого алфавита: альфа-лучи и бета-лучи. А когда через четыре года физик Виллард обнаружил в излучении радия еще и третью составляющую — лучи, похожие на рентгеновские, — он, по примеру Резерфорда, назвал их следующей буквой — гамма-лучами.

Поль Ульрих Виллард 1860–1934

Вероятно, всем нам памятна картинка, приведенная в учебниках физики: маленький свинцовый ящик с отверстием, из которого вырывается наружу радиоактивное излучение и под действием магнита делится на три траектории; первая сильно загибается в одну сторону — это альфа-лучи, другая отклоняется в противоположную сторону, но меньше — это бета-лучи, а третья, средняя, проходит между ними, никуда не отклоняясь, — это гамма-лучи. Сейчас это основы физики; пользуясь все тем же греческим алфавитом, можно сказать, что это альфа и омега физики, но тогда все было внове, и это было открытие, первое серьезное открытие двадцатипятилетнего Резерфорда. Первое и далеко не последнее. Ему еще предстояло обнаружить много новых земель в океане физических явлений; но для этого надо было сначала ему самому пересечь Атлантический океан.