Даниил Данин - Нильс Бор

«Труден первый шаг…»

Если не атомный вес определяет химические свойства элементов, то что же? Сейчас рассудим. Все прояснится само собой. (Приоткрытый рот. Отсутствующие глаза.)

…Согласно планетарной модели масса атома — вся в его ядре. Это оно весит. Электроны-планеты не в счет, так они легки. Атом радия-210 тяжелее свинца-207 потому, что ядро у него массивнее. А химия — та же. Стало быть, не ядра диктуют атомам их химическое поведение. Но если не ядра, то электроны! Больше в атомах ничего нет. Значит, у химически неразличимых атомов должны быть неразличимо одинаковы электронные структуры. Однако всякий атом нейтрален: электронов в нем ровно столько, сколько способно удержать вокруг себя положительно заряженное ядро. И следовательно, ядра радия-210 и свинца-207 хоть и разной массы, но равного заряда.

Логика хороша своей неумолимостью. Во мгновение ока откристаллизовалась прозрачная закономерность: химическое поведение атомов зависит от величины заряда атомного ядра!

Все-таки зависит от ядра?.. Да, но не от его массивности, как думали до тех пор все, а от его заряженности, как не думал до тех пор никто. А это меняло самый принцип построения Периодической, таблицы: элементы следовало располагать в порядке возрастания ядерного заряда. А заряд не может быть дробным. От элемента к элементу он может увеличиваться только скачком — не меньше чем на единицу. У первого элемента, водорода, заряд ядра и вправду наименьший; +1, а у второго, гелия: + 2. Это хорошо известно. Может быть, так оно и идет до конца таблицы — до самого урана?

Периодическая система была гениальным обобщением-догадкой Менделеева: он ведь ничего не знал об устройстве атомов. Что же угадал он в природе? Почему между любыми двумя соседними клеточками в его таблице уже нельзя безнаказанно втиснуть других клеточек? Отчего элементы образуют прерывистую последовательность?

Теперь это становилось ясно.

Многое теперь легко объяснялось бы, будь справедливо это предположение: Атомный номер элемента в Периодической системе просто равен Заряду ядра! Но тут уж для безупречного логического вывода экспериментальных данных было и впрямь недостаточно. Мало ли какая усложняющая хитрость могла понадобиться природе… Однако Бор по своей натурфилософии (прав ли он был или не прав) склонялся скорее к вере в простоту природы, чем в ее расточительное хитроумие. И он решился утверждать, что во всей таблице, как и в ее начале, ядерный заряд увеличивается от клеточки к клеточке ровно на единицу, а не как-нибудь иначе.

Бор объяснил Хевеши — и этим поверг его в изумление еще больше, чем прежде, — какими химическими свойствами будет обладать элемент, рождающийся при альфа-распаде радиоактивного атома. Такой атом теряет альфа-частицу, имеющую заряд +2. Поэтому у нового атома заряд ядра будет на две единицы меньше. Где место для новорожденного в системе Менделеева? Очевидно, на две клеточки левее — ближе к началу таблицы. Это смещение и укажет на свойства нового элемента. Пораженный Хевеши, прикинув в уме все известные радиохимикам случаи альфа-распада, мог на ходу проверить, что арифметика датчанина всюду работает безошибочно.

Эта арифметика и убеждает, что Бор уже тогда — в апреле 12-го года — открыл закон Атомного номера. И попутно объяснил закон Радиоактивного смещения.

На пальцах открыл и объяснил. В разговорах с новым другом. Но тут ведь содержалась еще одна конструктивная идея, для понимания планетарной модели фундаментальная: если химическими процессами в мире заведуют атомные электроны, то радиоактивными превращениями — атомные ядра.

Снова кажетея: да разве это не было ясно всем?

Откуда же еще могли излучаться тяжелые альфа-частицы, кроме как из ядра?! Однако существовал и бета-распад: излучение легких электронов. И разве не естественно было думать, что они-то уж приходят не из глубин атома? Так многие и думали: это электроны из тех, что вращаются вокруг ядра. Но одно смущало: бета-распад, как и альфа-распад, изменял химию элемента навсегда!

Бор понял: бета-лучи тоже вырываются из ядерных глубин. И потому рождается новый элемент: раз выбрасывается отрицательный электрон, значит, положительный заряд ядра увеличивается на единицу. И новому элементу принадлежит место на одну клеточку вправо от исходного — на один шаг дальше от начала таблицы.

Хевеши мог и это подтвердить всем опытом радиохимика. Объяснялся еще один закон Радиоактивного смещения — для бета-распада. Снова попутно. И как впечатляюще все связывалось в единую цепь! Однако же — и это психологически замечательно — тут уж он отказался поверить Бору до конца. Может быть, устал изумляться так легко доставшейся ясности?

Венгр и датчанин сидели в домашнем кабинете Резерфорда на Уилмслоу-роуд. Было воскресенье — послеполуденный час. Хевеши нетрудно было вспомнить эту подробность: по будням Папа не приглашал сотрудников в гости, да еще днем. Воскресное приглашение служило знаком дружеской расположенности Резерфорда.

Он недавно вернулся с континента и, конечно, сразу же поспешил войти в дела своих мальчиков. О дискуссиях Хевеши — Бор, разумеется, шли уже толки по лаборатории. Одобрительные — в устах немногих, скептические — в устах большинства. Резерфорд не присоединился ни к тем, ни к другим. Заговорила его натура волевого исследователя: властвовать над соблазнами и легкого теоретизирования, и легкой критики. Или, как говаривали римляне, «спешить медленно!». (Он, любивший в детстве латынь, знал этот завет. И всегда спешил, но так, что под его эгидой до сих пор не выходило в свет ни одной торопливо-ошибочной работы.) За время его путешествия эксперименты не принесли ничего нового. И он не видел причин менять свое убеждение: рано еще делать далеко идущие выводы из модели планетарного атома. Она сама оставалась еще противозаконной. И построения Бора выглядели спасением химической ереси посредством физической ереси.

— Я сказал ему, что это могло бы стать окончательным подтверждением его модели, — вспоминал Бор.

Резерфорд уклонился от такого искушения. И не запел шутливо, как то бывало обычно в минуты бесспорных удач: «Вперед, Христово воинство!..» И не повелел, как обычно: «Принимайтесь-ка за статью, мой мальчик, да без промедлений!»

Но втайне он был изумлен не меньше, чем Хевеши. И он увидел, что этот молодой доктор из Копенгагена знает о планетарном атоме уже больше, чем ведомо ему, Резерфорду. И способен на идеи покоряюще содержательной простоты. И, встречая датчанина в лабораторной комнате Гейгера — Марсдена, он теперь внимательней вслушивался в его неуверенную английскую речь.

…И вот они оба, Хевеши и Бор, слушали в домашнем кабинете Папы его рассказы о Пиренеях и сами рассказывали всякое разное. Это любил хозяин. Не единой физикой жив человек! Резерфорд признавался, что, как ни почитал он Марию Кюри, а все же избегал досужих бесед с нею: она всегда говорила только о науке. Хевеши знал это, но в то воскресенье сам не удержался: отбросив свою виртуозную светскость, он вдруг спросил хозяина дома тоном последней надежды на окончательный ответ: