Джордж Джонсон - Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Субботним январским утром, разыскивая последний прибор, который мне был нужен, чтобы убедить себя в существовании электронов, я отправился в «Черную дыру» — такую «постапокалиптическую помойку» Лос-Аламоса, штат Нью-Мехико. Командовал этим складом, превращенным в магазин, некто Эдвард Б. Гротус, бывший творец атомной бомбы, а ныне престарелый борец за мир и заодно владелец этого помещения, забитого сверху донизу осциллоскопами, генераторами сигналов, счетчиками Гейгера, вакуумными насосами, центрифугами, амперметрами, омметрами, вольтметрами, сосудами для хранения низкотемпературных жидкостей, муфельными печами, термопарами, барометрами, трансформаторами, пишущими машинками, древними арифмометрами, — всего более 15 соток, заполненных «мусором», накопленным с годами в результате деятельности национальной лаборатории, той самой, где когда-то начинался Манхэттенский проект.

Уже много лет я приобретал на интернет-аукционе все, что мне было необходимо для повторения классических экспериментов: опытов Дж. Дж. Томсона в 1897 году, показавших, что электричество — это часть отрицательно заряженной материи, а также знаменитого эксперимента Милликена с распылением масла, в результате которого удалось изолировать электроны и измерить их заряд. Изучая «закрома» «Черной дыры», я наконец обнаружил то, что искал, — источник высокого напряжения компании «Флюк». Я аккуратно поставил эту 12-килограммовую штуковину на бетонный пол. Работавший на электронных лампах прибор, созданный в 60-е годы XX века, имел вполне привлекательный вид. Я потащил его в глубь магазина, где лежали и висели всевозможные коаксиальные кабели, нашел тот, который совпадал с источником по разъему, и отправился к кассе.

Похоже, Эд совсем не собирался продавать что-либо из своих сокровищ. Он скорее был готов воздвигнуть пару монументов, чтобы озадачить археологов будущего, которое наступит после грядущего холокоста, или поговорить о своей Первой церкви высоких технологий, где по воскресеньям совершает «критическую массу» (мессу). И когда очередной клиент разыскивал его в недрах этого магазина-логова, Эд всегда выглядел недовольным. Вот и сейчас я услышал: «За это — двести пятьдесят долларов», — ровно в десять раз больше, чем я предполагал.

Я пытался его урезонить. В интернет-магазине я видел один очень похожий источник питания всего за 99 долларов. Однако торговаться с Эдом было бесполезно. Разочарованный, я потащил прибор обратно на то место, где он, возможно, покоится до сих пор, и ушел, купив лишь отрезок кабеля. Затем я зашел в публичную библиотеку, которая находится рядом с ресторанчиком «Фуллерлодж», где частенько бывали Оппенгеймер и другие физики-ядерщики, соединился с интернетом, оформил заказ и через две недели у меня дома уже был другой такой же источник питания.

В 1896 году Роберт Милликен, молодой выпускник Колумбийского университета с докторским дипломом в кармане, оказался на лекции Вильгельма Рентгена. Лекция сопровождалась демонстрацией полученных им изображений костей руки. Лекция та была прочитана на январской сессии Германского физического общества. Милликен был потрясен увиденным и услышанным как ребенок, столкнувшийся с чудом, и позже, вспоминая тот день, даже перепутал дату и написал, что лекция состоялась накануне Рождества.

Двумя годами ранее, в Соединенных Штатах, он слышал, как великий Майкельсон утверждал, что физика еще далека от своего завершения. Законы движения и оптики прочно заняли свое место, а уравнения Максвелла накрепко связали электричество и магнетизм той нитью, что пряли Фарадей и его современники, Генрих Герц, проверяя теорию Максвелла, показал, что радиоволны могут отражаться, преломляться, фокусироваться и поляризоваться и что они являются лишь одним из вариантов света. Но здесь было новое, совершенно неожиданное явление — рентгеновские лучи!

Милликен был счастлив оттого, что прежние воззрения оказались ложными. «Нам не удалось ни к чему приблизиться в исследованиях глубин Вселенной, даже в вопросе о фундаментальных физических принципах, как нам думалось раньше».

Рентген совершил свое удивительное открытие, исследуя светящуюся точку, которая возникает в конце вакуумной стеклянной «разрядной трубки», когда достаточно высокое напряжение подается на две металлические пластины внутри нее — отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод (эти термины появились благодаря Фарадею). Проходящие через разреженный воздух, эти катодные лучи оказались весьма загадочными. Если внутрь этой лампы поместить препятствие — химик и медиум Уильям Крукс для этой цели использовал мальтийский крест, — то его тень появится на флюоресцирующем стекле; это означает, что лучи, как пуля, движутся по прямой. Если рядом с трубкой разместить магнит, то пучок сместится вбок. Если внутрь трубки поместить драгоценный камень, то он начнет флюоресцировать. Кроме того, эти лучи представляли собой поток вещества, которое вращало крохотную крыльчатку в лампе. Крукс объявил: «Теперь физикам известны четыре состояния вещества — твердое, жидкое, газообразное и лучистое.»

Рентген обнаружил еще большую странность: если пучок ударяет в конец трубки с достаточной силой, то возникает совершенно иное излучение, достаточно мощное для того, чтобы проникать сквозь плоть. Не прошло и года, как Анри Беккерель обнаружил в Париже еще одну форму проникающих лучей, испускаемых кусочками урана, проходящих через непрозрачный экран и оставляющих след на фотопластине. Вскоре стало ясно, что оба типа излучения могут ионизировать газ и наделять его электрическим зарядом. Теперь мы знаем, что это происходит потому, что обнаруженные лучи выбивают электроны из атомов.