Валентин Азерников - Физика. Великие открытия

Для начала Чарльз собственноручно повторил работы своих предшественников, чтобы собственноручно во всем убедиться, для чего соорудил специальную туманную камеру — нечто вроде стеклянного цилиндра с поршнем, который можно перемещать и менять таким образом давление паров воды.

Первая камера была маленькой, со стакан, но точность проведенных на ней измерений — весьма высока. Проведя цикл исследований, касающихся связи конденсации с чистотой воздуха и его расширением, Вильсон написал по этому поводу маленькую статейку и послал ее в «Труды Кембриджского философского общества».

Дальше надо было переходить к самостоятельным работам, к проверке собственных идей, а они еще недостаточно сформировались в представлении Чарльза. То есть он знал, что его интересуют оптические и конденсационные процессы, происходящие в атмосфере, но не знал точно, с какой стороны к ним подойти, за что зацепиться, какую генеральную идею положить в основу опытов.

Что делает ученый, когда генеральной идеи нет? Он идет ощупью, пытаясь самими экспериментами нащупать верную дорогу, взаимосвязь явлений. Иногда на помощь приходит случайное наблюдение, какой-то намек, увиденный вдруг в чем-то очень обыденном, или новое открытие, дающее новые экспериментальные возможности.

Собственно, вот на эту стезю и вступил Вильсон во второй половине 1895 года. Началось все с того, что на время студенческих каникул он решил еще раз съездить в шотландские горы. В июне он вновь очутился в местах, столь памятных его сердцу, где когда-то зародились его первые научные интересы и где теперь им суждено было обрести более отчетливую форму.

Произошло это 26 июня, в тот день, когда Чарльз взобрался на вершину горы Карн-Бор-Дирг, по соседству со старой знакомой Бен-Невис. Вдоволь налюбовавшись открывающимся прекрасным видом и не сумев рассмотреть как следует снежную макушку Бен-Невиса, покрытую на сей раз облаками, он собрался спуститься вниз, как вдруг услышал раскаты грома — начиналась гроза. Не успев еще оценить обстановку и испугаться — гроза в горах дело не шуточное, — Чарльз вдруг почувствовал, что его волосы становятся дыбом, но не от испуга (я ж сказал, он не успел испугаться), а от действия грозового электричества, насытившего воздух настолько, что волосы ученого вытянулись вдоль силовых линий электрического поля.

Вот только тогда Чарльз понял, что ему грозит, и помчался со всей силы вниз, под прикрытие какой-нибудь скалы. Он вовремя ретировался, и молния, ударившая в вершину, расплавила лишь камень. Но след от этого буйства стихии остался и в самом Вильсоне — в виде новой идеи, мелькнувшей в его голове в тот момент, когда на ней поднялись дыбом волосы. Идея была проста, но, как оказалось, очень плодотворна. Надо проверить, подумал Вильсон, как влияет электрическое поле на процессы образования тумана.

Вот так и родилась та первая, пока еще не оформившаяся мысль, та зацепка, которой не хватало ученому. Ее принес случай. А вторая, сделавшая туманную идею реальной программой, появилась в тот день, когда Вильсон узнал об открытии Рентгена. Так наблюдение, родившееся в случайной поездке, и новое открытие, родившееся из случайного наблюдения, пересекшись, воплотились в эксперимент, поставленный Си-Ти-Аром в феврале 1896 года.

Эксперимент был прост, как все, что делал Вильсон. Он взял свою туманную камеру и поставил около нее рентгеновскую трубку. А дальше очистил воздух от пыли и стал расширять объем камеры. При определенной степени расширения, когда туман уже давно должен был бы образоваться, его все еще не было, чего и следовало ожидать, поскольку воздух был очищен. А потом Вильсон взял да и включил рентгеновскую трубку и посмотрел в камеру — она заполнилась густым туманом, чего ожидать он никак не мог. Сначала Чарльз действительно подумал, что могло произойти случайное совпадение; два последовательных события не обязательно связаны между собой причинной связью, хотя такая ситуация и наводит на некоторые подозрения; как остроумно заметил Лион Фейхтвангер, если человека ссылают на остров Святой Елены, это еще не значит, что он Наполеон. Поэтому дальше Вильсон, что также вполне естественно, несколько раз повторил свой опыт, слегка меняя его, и каждый раз регистрировал один и тот же результат: лучи Рентгена вызывали конденсацию тумана в таких условиях, в которых ему образовываться не полагалось.

Отсюда можно было сделать только один вывод: рентгеновские лучи, проходя сквозь воздух камеры, образуют там какие-то центры конденсации.

Пока Вильсон раздумывал, что это могут быть за центры, пришло новое сообщение: рентгеновские лучи ионизируют воздух. Значит, вот оно в чем дело; центрами конденсации, по-видимому, служат ионы или электроны, сорванные с атомов. Но как проверить это предположение?

Чарльз долго колеблется: он, кажется, знает, что надо сделать — не для проверки гипотезы, а для получения совета, как ее проверить, — но не решается вначале. Но в конце концов, поборов свою застенчивость, отправляется к Томсону, директору Кавендишской лаборатории.

Джозеф Джон Томсон 1856–1940

Джи-Джи понравились опыты молодого ученого и понравился сам ученый, особенно тем, что он делал физические эксперименты после основной работы в медицинском колледже. Да и результаты говорили сами за себя. Просуммировав оба впечатления, профессор пришел к двум выводам: во-первых, надо подумать над гипотезой молодого и несомненно талантливого ученого и, во-вторых, надо подумать о его дальнейшей судьбе.

Первое решение удалось осуществить быстрее: Томсон почти сразу же нашел способ, как проверить, замешаны ли ионы в конденсации влаги. Он предложил Вильсону поместить камеру в электрическое поле; оно должно притянуть заряженные ионы, расчистить от них воздух, и дальше можно посмотреть, что получится: образуется туман, — значит, не в них дело, не образуется — они причина. Вильсон, вероятно, расстроился даже: как же самому ему не пришла в голову такая простая идея — ведь несколько месяцев назад сама природа подсказала ему этот путь. Уже поздно сожалеть об упущенном, сейчас надо действовать, и побыстрее.

Вильсон строит новую камеру. Внутрь аккуратно, соблюдая строгую изоляцию, вводит металлический диск. На него подается ток от одного полюса батареи, другой полюс подсоединяется к латунной крышке самой камеры. Таким образом, внутри нее при замыкании контактов создается электрическое поле, он назвал его очищающим. Впрочем, если соблюдать последовательность событий, надо признать, что назвал он его так после эксперимента, а не до, после того, как убедился, что оно действительно очищает камеру от ионов.