Даниил Данин - Резерфорд

Но расставание со старой гипотезой еще не торжество новой. И хотя совместная работа с Грайером была завершена в апреле 1902 года, альфа-роман Резерфорда начался позднее, когда он уверился, что альфа-радиация — поток тяжелых частиц.

Это отняло еще полгода, ибо потребовало двух специальных исследований. Первое было закончено в июле и снова носило обманчивое название — такое, точно вовсе не альфа-лучи его интересовали: «Возбужденная радиоактивность…» Но снова все сводилось к размышлениям о природе альфа-лучей. И на этот раз, совсем как в детской игре «холодно-горячо», он уже близко подошел к правде. Близко, но еще не вплотную. Безупречное логическое рассуждение привело его в последний момент к ошибке.

Он обнаружил: эманация, превращаясь в вещество возбужденной радиоактивности — в «E. R.», — испускает только альфа-излучение. А налет «E. R.» при этом легче всего образуется на отрицательно заряженной пластинке. Значит, это вещество заряжено положительно. Но атомы эманации нейтральны. Следовательно, альфа-лучи уносят из них заряды со знаком минус.

Так, летом 1902 года Резерфорд имел еще совсем превратное представление об альфа-лучах: да, это поток тяжелых частиц, но заряженных не положительно, а отрицательно!

К счастью, такая ошибка была легко исправимой. Может быть, поэтому о ней обычно не вспоминают ни биографы Резерфорда, ни историки атомной физики. А между тем это очень выразительная черта в летописи познания микромира: элементарнейшие вещи вовсе не давались сами в руки исследователей.

Резерфорд исправил свою ошибку осенью, после каникул. А почему не сразу? Разве так уж сложно было поставить очевидный опыт: поместить источник альфа-лучей меж полюсов магнита и посмотреть, в какую сторону магнитное поле отклоняет эти гадательно заряженные частицы? Если в ту же, что и электроны, значит и заряд у них тот же: отрицательный. Если в противоположную — положительный…

Ну, разумеется, он это сделал. Но результат-то был неутешительный: альфа-лучи вообще не претерпевали отклонения, словно заряд их был равен нулю! Резерфорд был уже не первым, кого постигала такая неудача. Недаром в научной литературе того времени повелось называть альфа-радиацию неотклоняемыми лучами. Однако Резерфорд стал, кажется, первым, кого эта явная неудача не обескуражила. Он, представлявший себе атом в виде некой электрической системы, настолько не сомневался теперь в заряженности альфа-частиц, что их неотклоняемость в магнитном поле только подхлестнула его воображение. Из этого-то нелепого факта он и сделал вывод о массивности альфа-частиц. Маленький предположительный расчет — и он уверенно объявил в своей июльской работе, что слабое поле его лабораторного магнита просто не могло с ними справиться. Вот и все! А заряженность их несомненна.

Нужен был сильный магнит. И осенью, в дни майкл-терма 1902 года, он однажды зашел в электротехническую лабораторию Мак-Гилла. Старый друг Оуэнс понял его с полуслова. Едва ли не в тот же день начался демонтаж самой большой университетской динамо-машины Эдисона мощностью в 30 киловатт. «Благодаря доброте профессора Оуэнса… я получил возможность создать достаточно сильное поле, чтобы полностью отклонить альфа-лучи».

Это не из частного письма и не из застольной речи. Это из текста статьи Резерфорда, в само название которой впервые проникли, наконец, альфа-лучи (правда, все еще под псевдонимом): «Магнитное и электрическое отклонение легко поглощаемых лучей радия». С обычной своей обязательностью Резерфорд спешил отдать должное тем, кто помог ему в исканиях. Он не забыл указать даже, что только благодаря посредничеству Пьера Кюри у него в руках оказался довольно сносный радиевый препарат. И не забыл сделать ссылку на Стрэтта и Крукса, которые еще в 1900 году высказали предположение, что альфа-лучи, быть может, состоят из положительно заряженных частиц. Он сделал эту ссылку, хотя то были всего лишь словесные догадки, решительно ничем не обогатившие его собственное исследование. Но когда он с изумлением обнаружил, что альфа-частицы отклоняются в сторону, противоположную электронам, он тотчас вспомнил о пророчестве своих коллег.

Но, конечно, смысл той памятной работы Резерфорда заключался отнюдь не в определении знака заряда альфа-частиц. Свою июльскую ошибку он исправил попутно. За него это сделали сами альфа-частицы, отклонившись «не в ту сторону». Главным же было другое: степень искривления их траекторий в магнитном поле. И еще: степень отклоняющего действия поля электрического. По двум этим величинам можно было составить количественное представление об альфа-частицах.

Так пятью годами раньше, весной 1897 года, Дж. Дж. Томсон с помощью подобных измерений набросал портрет своих корпускул-электронов. Он узнал, что они способны двигаться с колоссальными скоростями, близкими к световой. Но всего существенней, что он смог оценить отношение их заряда «e» к массе «m». Знаменитое отношение: e/m !

Сколько тонких экспериментаторских ухищрений вызвало к жизни стремление физиков все точнее и точнее определять эту величину. При лабораторной технике тех времен раздельное определение ничтожного заряда и ничтожной массы микротелец оказывалось почти недоступным. А величина e/m входила в формулы для многих макрособытий, и потому попытки все более точного ее измерения не были тщетными.

Нетрудно понять, ожиданием какого результата томился Резерфорд.

Не отвлеченные философические рассуждения привели к открытию электрона: громадная величина e/m для этих заряженных корпускул — вот что в свое время ошеломило Дж. Дж. Вот что заставило его объявить о существовании в природе телец с массой в тысячу раз меньшей, чем у легчайшего из атомов — водородного. А Резерфорд уже знал, как трудно отклонить магнитным полем альфа-частицы. Он не сомневался, что величина e/m для них сравнительно невелика. Причин могло быть две: малость заряда «e» или значительность массы «m». Либо то и другое вместе. Но весь опыт физики убеждал, что заряда меньше электронного не бывает. Следовало ожидать, что у альфа-частиц масса велика — сравнима с массой целых атомов!

Но если это правда, думал он, то теория атомного распада сразу получит внушительное подтверждение. Станет ясно, почему испускание альфа-лучей приводит к таким глубоким последствиям, как превращение одного элемента в другой. Атом теряет ощутимую часть своей массы — изменяется его атомный вес! (Различие в атомных весах еще казалось тогда самым фундаментальным различием атомов — на этом построена была периодическая система Менделеева.)

Когда рассказывают об экспериментаторском гении Резерфорда, в ряду обязательных примеров всегда вспоминают и ту его осеннюю работу 1902 года. Но ее красота впечатляет только физиков-экспериментаторов. Они прощают ему, что он преодолел лишь половину технических трудностей дела, ибо знают им цену. Он сумел надежно измерить отклонение альфа-частиц лишь в магнитном поле, а в электрическом — не сумел. Эффект был замаскирован побочными явлениями.