Даниил Данин - Неизбежность странного мира

В старших классах школы всем нам было так легко запомнить закон Кулона для взаимодействия двух электрических зарядов: он был точнейшей копией закона Ньютона для взаимодействия двух масс, а Ньютона мы, как и все человечество, «уже проходили, когда были еще маленькие…».

Классическая теория электричества стала в своем зените — во второй половине XIX века — такой же могущественной, как и классическая механика. Она прекрасно описывала электромагнитные явления — движения зарядов, распространение волн и даже кое-что сверх этого. Но как астрономии незачем было «интересоваться небесными телами», так этой теории незачем было влезать в природу зарядов. Они, конечно, интересовали ее, но не более чем механику — массы.

Однако природе чужда ограниченность — всякий раз историческая ограниченность! — изучающих ее наук. В любом эксперименте она отвечает не только на те вопросы, какие задают ей ученые по своему выбору. Они всегда спрашивают о чем-нибудь одном, а она, громко отвечая на главное, вполголоса сообщает еще и много неожиданного — непредуказанного той физической картиной мира, что рисуется, в момент опыта ученому и его науке.

Надо внять неясным намекам природы, когда она выбалтывает совсем не те тайны, какие готовился узнать исследователь. Это удается не часто, но именно так делаются случайные открытия. Иные из них оказываются исторически преждевременными. А иные приводят к внезапному, но уже не случайному расширению физической картины мира.

Так, Беккерель нечаянно открыл радиоактивность, ожидая от урановых солей ответа на «другой вопрос»: светятся ли они после облучения солнцем? Обнаружилось, что они и без этого засвечивают фотопластинку во тьме какими-то своими неведомыми лучами. Сам того не подозревая, Беккерель открыл внутриатомный сложный мир, которому не было заранее огорожено место в прежней классической картине природы.

Но классики, и среди них старый лорд Кельвин, тотчас попробовали на былой лад объяснить новое — ценою даже нелепых предположений, лишь бы уцелела уже многократно испытанная картина электромагнитных явлений. Атомы урана знаменитый Кельвин объявил какой-то особой загадочной ловушкой для электромагнитных Волн: когда они вырываются из ловушки, уран излучает.

Таково уж защитное свойство человеческого сознания — оно словно бы нарочно внушает идеям что-то — вроде инстинкта самосохранения. Этот инстинкт не просто преодолеть. Нас только всегда поражает, что даже самые сильные умы страдают той же болезнью, что и слабые. Впрочем, может быть, консерватизм стареющих великанов культуры объясняется тем, что это ведь они сами создавали то, от чего история потом предлагает им отказываться! Наверное, вдвойне нелегко соглашаться на такой отказ.

Так Рентген тоже нежданно-негаданно открыл свои лучи. Абсолютный слух тонкого экспериментатора помог ему услышать тихий лепет природы: он изучал электрический разряд в трубках с газом малого давления — изучал физические события зримые и броские, а внимание обратил на невидимые лучи, бесшумно исходившие от стенок зачехленного прибора. Сам того не подозревая, Рентген открыл сложный мир взаимодействия электронов с атомными ядрами. Этому миру тоже еще не было отведено место в прежней картине движущейся материи.

Точно предчувствуя, что электрону суждено будет «извратить все искусство классической физики», Рентген долго не хотел и слышать о нем… Наш академик Игорь Евгеньевич Тамм заметил однажды, что Эйнштейн всегда считал электрон «чужеземцем в стране классической электродинамики». Так думал и Рентген. Но Эйнштейна это радовало, а Рентгена смущало. Лишь через десять лет после первых работ Джи-Джи Томсона нарастающие успехи новой физики заставили непреклонного классика отказаться от старых предубеждений.

В 1907 году запрет был снят — молодой Иоффе все-таки вышел победителем из многолетнего спора, и «электрон получил права гражданства в Мюнхене», те права, какими он уже безраздельно пользовался всюду.

Электрон и фотон были первыми элементарными частицами материи, которые стали известны людям. Вместе они открывали XX век — неистовый, стремительный век естествознания.

Биография электрона гораздо короче, чем двухвековая, начавшаяся в ньютоновские времена история световых корпускул. Но бурных событий в этой биографии еще больше — недаром она целиком принадлежит XX веку. Судьбы частицы света и атома электричества стали в современной физике неразделимы: рука об руку шли они в борьбе за новую физическую картину мира.

Но их союз был подготовлен еще в недрах старой физики, когда ученые ничего не знали ни об электроне, ни о фотоне, когда перед их мысленным взором маячил только «неведомый заряд неведомого электричества в неведомом эфире», как говорил Ленин. Помните, свет представлялся им бегущими вибрациями эфира, которые порождаются колебаниями зарядов… Другими словами, электричество и свет уже тогда породнились. Новые идеи и знания не возникают в науке вдруг. Все подготовляется исподволь, зреет и ждет своего часа.

С открытием электрона дождался своего часа атом!

Вначале никто не подозревал, какая великая битва идей разыграется на крошечном атомном плацдарме. Она длится и сегодня. И занавес уже никогда не будет опущен. А впервые приподнялся он так…

Хотя и давно высказывались предположения, что атомы делимы и даже представляют собою сложные миры, однако ни одной детальки, из которых могла бы сконструировать их природа, физики не знали. И вот появился электрон.

Конечно, всем и каждому было ясно, что из одних отрицательно заряженных электронов создать нейтральные атомы не сумела бы даже сама всемогущая природа. Но то, что ей наверняка пришлось использовать для этой цели электроны, стало несомненным: они высвобождались из любых тел при ионизации, они вылетали в виде бета-лучей при распаде радиоактивных элементов, они были всюду, где присутствовало вещество. И потому с момента открытия электрона началась безудержная конструкторская работа физиков по созданию правдоподобной модели реальных атомов.

Физики словно почувствовали себя сотрудниками самого господа бога, который решил смастерить на досуге вещественный мир, но из-за вечной нелюбви к естественным наукам» не захотел возиться с такой мелочью, как атом, и всю работу передоверил им, ученым-специалистам. Это сценка для Жана Эффеля.

— Господи, — сказали физики, — ты же пока ничего нам не дал, кроме электронов!

— А что вам еще нужно, дети мои? Только, пожалуйста, без жалоб на мои неисповедимые пути! У меня от одних философов третье тысячелетье мигрень…

— У нас тоже, — улыбнулись физики.