Даниил Данин - Резерфорд

Альфа-распад становился явлением загадочным. Классика его запрещала. А природа разрешала!

Между прочим, по словам Бора, одним из первых обратил внимание на странность происходящего молодой Роберт Оппенгеймер. Было это как раз в 27-м году, когда он перед поездкой в Геттинген для работы у Макса Борна некоторое время провел в Кавендишевской лаборатории. Там, в кабинете Резерфорда, Бор и познакомился с ним. Со временем они стали друзьями, хотя датчанин годился в отцы американцу. И через три десятилетия, в 50-х годах, когда маккартистская Америка травила Роберта Оппенгеймера как противника водородной бомбы, Бор со всегдашней своей высочайшей порядочностью намеренно и подчеркнуто заявил о близкой дружбе, связывающей его с Оппи. Он сделал это в мемориальной резерфордовской лекции. И там же рассказал, с какою безошибочностью в 1927 году Резерфорд восторженно отозвался о богатой одаренности двадцатитрехлетнего физика из Штатов.

Можно поручиться, что сэр Эрнст оттого-то и отнесся тогда с повышенным интересом к Оппенгеймеру, что тот задумался над противоречивым фактом проникновения недостаточно энергичных частиц через высокие потенциальные барьеры. Это противоречие все более и более томило тогда самого Резерфорда.

Сознавая безысходность положения, он недаром требовал новых законов: чутье подсказывало ему, что старыми тут не обойдешься. Но вместе с тем он еще пытался выйти из затруднений миролюбиво — с помощью одних классических представлений. В сентябре 27-го года он даже опубликовал в «Philosophical magazine» чисто теоретическую статью «Структура радиоактивных атомов и происхождение альфа-лучей», в которой, по его же собственным словам, выразилось «стремление примирить явно противоречащие друг другу данные…».

Примирить! Не очень-то это было в духе времени. В том самом сентябре 27-го года уже готовились к решительной схватке на 5-м Сольвеевском конгрессе традиционалисты и новаторы. А ведь прежде и он, как редко кто, умел обнажать конфликты и обострять в непонятном черты необычности. Не так ли было с открытием эманации тория, и с отражением альфа-частиц от сердцевины атомов, и с выбиванием длиннопробежных протонов из азотных ядер? И во всех этих случаях дело кончалось эпохальными свершениями: теорией радиоактивного распада, планетарным атомом, расщеплением ядра… Так, может быть, и на этот раз все могло кончиться новым громким успехом, если б он, как бывало, обострил ясно обозначившийся конфликт между классикой и природой? Конечно, могло! И даже наверное…

Зная наперед, как разрешилось противоречие, легко набросать простую схему очередного выдающегося открытия, помаячившего перед ним, но в руки ему не давшегося.

В самом деле, разве не смог бы он прийти к идее волн-частиц и увериться, что микромир населен этими неклассическими кентаврами? Обострение конфликта означало бы, что альфа-частица, преодолевая барьер, превышающий ее энергию, совершает поступок, абсолютно невозможный для корпускулы. Абсолютно! Но так как она его все-таки совершает, не оставалось бы другого выхода, как допустить, что природа наделила ее не только корпускулярными свойствами. И если бы четыре года назад де Бройль не провозгласил двойственности электрона, он, Резерфорд, вынужден был бы сейчас на свой страх и риск объявить коллегам о двойственности альфа-частиц: в их поведении с несомненностью сказывается некая волнообразность.

Он объяснил бы: им, корпускулам, как видно, присуща та черта, что позволяет световым волнам огибать препятствия или проникать за поверхность раздела двух сред даже тогда, когда лучи падают под углом полного внутреннего отражения. Поток частиц — классических корпускул — ни на то, ни на другое не способен: явлений дифракции не дает и от запретной границы отражается полностью. И если потенциальный барьер вокруг ядра такой границей для альфа-частиц не служит, то нельзя не признать, что они — волны. Тогда их незаконное просачиванье сквозь барьер сразу становится законным. И альфа-распад перестает быть загадкой. А так как они вместе с тем все-таки частицы, то нужно согласиться, что микромир населен кентаврами. (Логический переход от альфа-частиц к любым микрообъектикам был бы совершен без труда.)

Так что же: перед Резерфордом маячило как бы второе открытие основной физической идеи квантовой механики? Если угодно — да. Но для физики имело бы значенье не это переоткрытие уже известного, а более скромное достижение: первое качественное указание на возможность волнового решения проблемы потенциального барьера. Дальше началась бы громоздкая математика, однако бесценна была бы тогда именно эта физическая подсказка. А она его не осенила!

И это редкий случай, когда можно понять, почему не осенила… (Или только кажется, что это можно понять?!)

Не оттого ли так случилось, что Резерфорд впервые оказался не на уровне века? Слишком долго отмалчивался от спорной новизны. Слишком задержался в позиции над схваткой. Слишком часто пошучивал не совсем безобидно:

Тенденции современной физики? Я не могу написать об этом статью. Тут и разговоров-то всего на две минуты. Все, что я мог бы сказать, сводится к одному — физики-теоретики ходят хвост трубой, а мы, экспериментаторы, время от времени заставляем их сызнова поджимать хвосты!

Так ответил он на предложение выступить перед очередным конгрессом Би-Эй с посланием о «тенденциях современной физики». А может быть, в действительности все объяснялось без психологических хитростей и затей. Может быть, просто начал уже ощутимо сказываться в его деятельности всеобщий человечий закон убывания с течением жизни духовного плодородия? Может быть.

Так или иначе, но теория альфа-распада была добыта не на Фри Скул лэйн.

В октябре 1928 года эту теорию привез с собою в Кавендишевскую лабораторию молодой теоретик Георгий Гамов.

…Она привлекательно называлась: теория туннельного эффекта. Тотчас возникал наглядный образ альфа-частицы, как бы роющей в горе потенциального барьера туннель, чтобы по нему вырваться из ядра наружу. Конечно, антинаглядным было, как она его роет и что это за туннель, но зацепка для воображения наличествовала бесспорно.

И зримо ясным было: чем выше энергия альфа-частицы, тем ближе к вершине горы расположен ее туннель. И тем он короче. А следовательно, тем вероятней альфа-распад. И стало быть, тем меньше среднее время жизни радиоактивного элемента. Но как раз такая — обратно пропорциональная — зависимость между энергией испускаемых альфа-частиц и периодом полураспада альфа-излучателей была замечена в резерфордовской обители уже давно, еще в манчестерские времена, и получила название закона Гейгера — Нэттолла.