Валентин Азерников - Физика. Великие открытия

Первым был американец Р. Оуэнс; правда, ему не нужно было никуда ехать, он уже год, как работал в Мак-Гиллском университете профессором электротехники. Он был так же молод, как Резерфорд, ему было всего двадцать восемь, и два молодых профессора быстро подружились. Вероятно, Оуэнс сразу же почувствовал в Резерфорде то качество, о котором говорит Капица, потому что не успел Эрнест, что называется, распаковать чемоданы, как профессор электротехники возжелал бросить исследования в области электротехники и взяться за радиоактивность и потребовал от Эрнеста немедленного совета — чем заняться. Ответ был таким же лаконичным, как и вопрос: торием.

Почему Резерфорд назвал этот элемент? Интуиция, вероятно: ведь об открытии Мари Кюри, обнаружившей радиоактивность тория, в Канаде еще не знали. И тем не менее Резерфорд безошибочно угадал среди многих других элементов тот, что мог, подобно урану, испускать альфа- и бета-лучи.

Вскоре Оуэнс подтвердил: торий действительно радиоактивен. Но он не успел стать автором этого открытия, из Парижа вскоре дошла весть, что Кюри уже обнаружили радиоактивность тория. Однако Оуэнс не бросил, огорчившись, изучение нового элемента.

Было нечто мистическое в том, как торий вел себя; он то усиливал свою радиоактивность, то ослаблял, то вовсе она исчезала, чтобы тут же вновь обнаружиться; словом, или торий капризничал, или капризничали измерительные приборы. Проверили приборы — и Оуэнс и Резерфорд были по этой части большими мастаками, — нет, не в приборах дело. Вскоре Оуэнс вроде бы нашел причину, но она не объясняла сути явления. Он обнаружил, по его словам, «нечто, что не было ни торием, ни альфа-, ни бета-частицами и что улетало, если на него подуть». Получалось, что на радиоактивность элемента влияет сквозняк. Однако каким смешным ни казалось такое предположение, оно подтверждалось как будто экспериментами. Оуэнс соорудил плотный ящик, помещал туда кусочек окиси тория и ждал пятнадцать минут, пока успокоятся даже слабые воздушные перемещения, — только тогда радиоактивность была нормальной. Но стоило подуть в ящик, и все шло насмарку, и снова надо было выжидать четверть часа, чюои успокоился капризный цемент. Так и не выяснив, в чем здесь дело, Оуэнс к весне свернхл исследования и уехал в Англию навестить профессора Дж. Дж. Томсона.

Гиперболические траектория α-частиц вблизи тяжелою ядра по Резерфорду (1911 год).

Аппарат Резерфорда и Ройдса для доказательства образования гелия при распаде радона.

Камера Вильсона.

Схема опыта Дж. Дж. Томсона по определению отношения заряда электрона к его массе.

Резерфорд остался один и смог наконец спокойно поразмыслить над чудесами, происходившими в пресловутом ящике. Размышления привели его к идее перестроить этот ящик таким образом, чтобы можно было исследовать воздух, уносивший радиоактивность тория. Через несколько месяцев Эрнест наконец разобрался, в чем тут дело. Оказалось, что в воздухе содержались два вещества, имеющие временную радиоактивность. Одно из них было явно газом, оно проходило сквозь бумажный пакетик, в который была завернута окись тория, но Резерфорду не удавалось его непосредственно нащупать — газ не имел ни запаха, ни вкуса, через какое-то время исчезал вовсе, и поэтому чтобы не ставить точек над «и», Резерфорд назвал таинственное вещество эманацией тория, от латинского слова «эмано» — истекать.

Так Резерфорд открыл инертный газ, получивший позже название «радон» и занимающий свое прочное место в таблице Менделеева в клеточке под номером 86.

Другое вещество было еще непонятнее. Его можно было обнаружить по радиоактивности в самых укромных уголках ящика, куда непосредственно лучи тория не могли попасть, но куда вполне могла залететь эманация. Вещество это не было пылью, ибо воздухом не удавалось его сдуть; оно не было конденсатом эманации, то есть ее росой, так как пламя не удаляло его с тех предметов, на которые оно садилось; его нельзя было смыть ни горячей, ни холодной водой, а также ни крепкими щелочами, ни крепкими кислотами; но оно совершенно легко, за секунды, растворялось в разбавленной серной или соляной кислоте и вновь возникало на дне чашки после испарения кислоты, словно легендарная птица Феникс.

Прибор для обнаружения инерционных эффектов электричества. Музей Кавендишской лаборатории.

Ясно было одно: это вещество как-то связано с эманацией тория и, может быть, даже является продуктом ее распада, но четких фактов Резерфорд пока не имел, а о таком понятии, как изотопы, наука еще не знала, поэтому Эрнест еще не понял, что здесь происходит обычный, по нашим представлениям, радиоактивный распад тория с выделением радиоактивного изотопа радона, ко торый в свою очередь распадается с образованием нового изотопа, то есть процесс, знакомый сегодня каждому школьнику. Но не знаю, помнит ли каждый школьник, что именно Резерфорд все же докопался до сути этих непонятных превращений, впервые введя понятие «радиоактивный распад».

Модель термодинамической поверхности для воды, выполненная Максвеллом под влиянием работ Гиббса. Музей Кавендишской лаборатории.

Но это было чуть позже, через несколько лет. Сейчас же, в сентябре 1899 года, он сделал то, что на его месте сделал бы любой ученый: написал статью о том, что наблюдал, точнее — две статьи: одну об эманации тория, другую — о радиоактивности, возбуждаемой этой самой эманацией, и отправил их в Англию в научный журнал. После чего снова взял в руки перо, но уже чтобы написать не статью, а письмо, и не в Англию, а в Новую Зеландию, и не редактору журнала, а Мэри Ньютон. В нем он сделал два важных признания: первое — в том, что в ближайший же отпуск он собирается приехать домой и сделать ей наконец официальное предложение стать миссис Резерфорд, а второе — что он хорошо поработал и совершил серьезное открытие. «В прошлый четверг, — написал он Мэри, — я послал еще одну большую статью в журнал, очень хорошую статью. Хотя это только мое мнение, в ней тысячи новых фактов, о которых никто даже не подозревает. И этого достаточно, чтобы сказать, что дело идет об очень серьезном научном открытии».