Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

На самом же деле предсказанное теорией изменение массы тела, движущегося с околосветовой скоростью, уже наблюдал знаменитый Дж. Дж. Томсон. Обнаружив электрон в разрядной трубке, он измерил его массу и понял, что быстродвижущийся электрон тяжелее покоящегося.

Наконец, спустя шесть лет Э. Резерфорд обнаружил атомное ядро и раскрыл окно в микрокосмос, населенный частицами-лихачами, обладающими огромными энергиями, — мир, совершенно неподвластный законам классической физики.

Микромир стал великолепной ареной, на которой теории относительности удалось продемонстрировать всю свою глубину и всеобъемлемость.

Ни в макромире, ни в мире атомных ядер и элементарных частиц нет ничего выходящего за пределы четырех основных понятий: «пространство», «время», «материя» и «движение».

Основатели диалектического материализма К. Маркс и Ф. Энгельс еще задолго до создания теории относительности утверждали, что если время и пространство суть формы существования материи, то они должны быть теснейшим образом связаны с нею и между собой, и что непременно должна обнаружиться взаимозависимость между материей и движением.

Но тогдашняя наука о природе не давала никаких реальных подтверждений этим философским принципам. Ни один эксперимент не нарушал наивного мнения, что пространство — это «пустое вместилище, наполненное материальными телами». Ничто не мешало и вере в некое абсолютное время, не зависящее от свойств материи.

Теория относительности впервые в истории науки показала, как тесно на самом деле переплетены свойства пространства и времени.

Вскоре после того, как в журнале «Анналы физики» была напечатана статья А. Эйнштейна по специальной теории относительности, он в письме своему другу высказал очень важное соображение, что масса тела должна быть непосредственной мерой заключенной в нем энергии.

В то время уже были известны результаты тончайших экспериментов, с удивительным мастерством поставленных выдающимся русским физиком П. Лебедевым. Он доказал, что свет оказывает давление на поверхность предметов.

«Свет переносит массу, — писал А. Эйнштейн. — Заметное убывание массы должно было бы наблюдаться у радия. Такие соображения веселят и подкупают; но не потешается ли господь бог и не водит ли он меня за нос — этого я не могу знать». Шутливое опасение А. Эйнштейна не оправдалось. А свои мысли о взаимосвязи между массой и энергией он сформулировал на трех печатных страницах и опубликовал спустя несколько месяцев в том же журнале. «Зависит ли инерция тела от содержания в нем энергии?» На этот вопрос, вынесенный в заголовок, статья отвечала утвердительно.

Новые представления о пространстве и времени позволили А. Эйнштейну доказать общее положение о тесной взаимосвязи между массой — мерой инертности тел, и энергией — мерой количества их движения. Исследования микромира подтвердили выводы теории.

Навсегда была засыпана казавшаяся раньше ученым непреодолимой пропасть между материей и движением; пропасть, существование которой никогда не признавалось творцами философии диалектического материализма.

А. Эйнштейн показал, что приращение массы движущегося тела связано с увеличением его кинетической энергии. Масса неподвижного тела, так называемая масса покоя, связана с полным запасом «внутренней» энергии покоящегося тела. А запас этот состоит из энергии молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц.

Формула А. Эйнштейна E = mc 2говорила о том, что при изменении массы энергия изменяется в том же направлении, но с огромным коэффициентом пропорциональности «с», равным скорости света 3 · 10 10сантиметров в секунду, возведенным в квадрат. Причем, энергия измеряется в джоулях, а масса — в граммах.

Практически невозможно обнаружить изменение массы покоя, например, у реагирующих веществ в химических реакциях, так как слишком мала порция выделяющейся энергии. «Не исключена возможность, — писал он, — что проверка теории удастся для тел, у которых содержание энергии в высшей степени изменчиво… например, у солей радия».

Гениальный ученый попал в точку! Так заранее был подготовлен тот необходимый материал, без которого никак не могло завершиться дело о «дефекте масс», а вместе с ним и решение проблемы внутриядерной энергии.

Вот где соприкоснулись две такие разные линии развития науки: непосредственное экспериментальное исследование радиоактивности и теоретическое проникновение в глубочайшие свойства пространства и времени. Они сблизились, и это дало возможность в дальнейшем широко распахнуть дверь, ведущую к познанию свойств атомного ядра.

А. Эйнштейн говорил впоследствии: «Я сосредоточил свои усилия на отвлеченной теории, в то время как Резерфорд сумел достичь глубоких познаний путем довольно простых размышлений и использования сравнительно несложных экспериментальных средств».

Э. Резерфорд и А. Эйнштейн выполнили самую первую необходимую работу для проникновения в микромир.

В сторону были сдвинуты такие колоссы, как ньютоновские представления о пространстве и времени, закон неизменности массы тел.

Знаменитая формула А. Эйнштейна заставила всех по-иному посмотреть на радиоактивный распад. Не надо было тщиться рассмотреть его сразу с двух отдельных вершин: закона сохранения энергии и закона сохранения массы. Достаточно было взойти на одну-единственную, но гораздо более высокую и удобную для обозрения вершину под названием «единый», или «обобщенный, закон сохранения массы и энергии».

С этой вершины уже можно было заметить, что потеря части ядерной энергии при радиоактивном распаде обязательно должна сопровождаться потерей и части его массы.

На первом же международном Сольвейском конгрессе, посвященном строению вещества, в 1913 году, уже после открытия атомного ядра, французский ученый П. Ланжевен впервые высказал мысль о том, что недостача в атомном весе изотопов по формуле E = mC 2связана с изменением энергии атомных ядер.

— Значит, по формуле А. Эйнштейна можно найти запас энергии ядра, соответствующий величине «дефекта массы»?

— Недостача в массе означает потерю энергии, а не ее запас. Залог существования каждой упакованной из отдельных составных частей системы, в том числе и ядра, — энергия, выделяемая при образовании системы.

— Из каких же запасов черпает энергию радиоактивное излучение?

— Тяжелые нестабильные ядра имеют меньший «дефект масс», чем более плотно упакованные ядра среднего веса. Энергия, соответствующая разнице между этими недостачами, и есть тот заряд, который делает тяжелые ядра нестабильными и при случае взрывает их, сообщая большую скорость частицам радиоактивного излучения.