Учебная работа № 1668. Становление теории атома

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (6 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...

Учебная работа № 1668. Становление теории атома

И.А. Изюмов, школа № 3, г. Аксай, Ростовская обл.

Есть реки, полноводные изначально. Они проливаются из великих озер, точно из переполненной чаши, как Святой Лаврентий из Онтарио, Ангара из Байкала, Нил из ВикторииНьянцы. Это реки без родникового детства: их верховья могучи, как иные устья. Пора колыбельной немощи им не знакома.

Д.Данин

История первая

Оставляя в 1884 г. кавендишевскую профессуру, Рэлей сам назвал своего преемника. Его выбор одобрили и Кельвин, и Габриэл Стокс, и сравнительно молодой еще сын Чарльза Дарвина – кембриджский профессор математики и астрономии Джордж Говард Дарвин. Были и противники. Один зарубежный физик, проходивший практику в Кавендишевской лаборатории, тотчас собрал свои пожитки и отбыл на родину: «Бессмысленно работать под началом профессора, который всего на два года старше тебя». Другой мрачно высказался: «…критические времена наступают в университете, если профессорами делаются просто мальчики!»

«Просто мальчику» было двадцать восемь лет. Через полвека в своих «Воспоминаниях и размышлениях» он признался, что избрание кавендишевским профессором явилось для него ошеломляющей неожиданностью: «Я чувствовал себя, как рыбак, который со слишком легким снаряжением вытащил рыбу слишком тяжелую, чтобы доставить ее к берегу».

У начинающего исследователя была короткая, но убедительная научная биография. Сын небогатого издателя, он рос среди книг и развивался быстрее сверстников. Четырнадцатилетним подростком он поступил в Манчестерский университет. Профессуре прецедент показался опасным: «Скоро студентов будут привозить к нам в детских колясках». И дабы уберечься от такой катастрофы, они повысили возрастной ценз поступающих.

Необычно рано началась и его жизнь в науке. К девятнадцати годам он уже имел работу, опубликованную в «Трудах Королевского общества». Между тем пора студенчества была для него вовсе не безмятежной. Он рано лишился отца. И его постоянной заботой стало завоевание всяческих стипендий. Молодой ученый лепил свою судьбу собственными руками.

Он появился в лаборатории в 1880 г., вскоре после торжественного посвящения в «бакалавры с отличием». Для этого нужно было сдать грознознаменитый кембриджский трайнос – многосложный экзамен. Молодой человек выдержал его блестяще.

Рэлей обратил на него внимание сразу. Новый исследователь был плодовит и неутомим, всегда полон идей и очень проницателен. Первая же его работа удостоилась научной премии имени астронома Адамса. Из нее следовала полная несостоятельность бытовавшего тогда представления об атомах как вихрях в эфире. Ученый словно расчищал строительную площадку для собственной будущей модели атома – модели более обоснованной, но пока еще весьма туманной…

Словом, у Рэлея были веские основания верить в свой выбор. Среди кавендишевцев всегда было много хороших физиков. Но из их когорты рэлеевской поры никто, кроме нового руководителя, не стал со временем ученым мирового масштаба. О его правлении прекрасно сказал Оливер Лодж: «Насколько меньше знал бы мир, если бы Кавендишевской лаборатории не существовало на свете; но насколько уменьшилась бы слава даже этой прославленной лаборатории, если бы сэр Дж.Дж.Томсон не был одним из ее директоров!»

А директорствовал он тридцать пять лет бессменно – до 1919 г. Он создавал школу. Он делал открытия в физике и открывал физиков. Его равно прельщали удачи ученого и удачи учителя. Ему мало было Англии – хотелось, чтобы Кавендишевская школа стала мировой. Обстоятельства этому способствовали. Тут действовала все та же «обратная связь» между наукой и историей. У рыбака оказалась сказочная сеть, и он сумел доставить к берегу беспримерный улов.

История вторая

У лабораторного стола молча работал человек в домашней куртке. Долготерпение в сутуловатом наклоне спины. Вкрадчивость умелых пальцев. Десятки раз он проделывал эту простенькую операцию и знал: она не всегда удается сразу. Досадовать было решительно не на что: минута, две, и все будет в порядке.

Однако другой человек – в солидном темном костюме, с привычной зоркостью наблюдавший за работой первого, был на этот раз иного мнения. Внезапно он швырнул на подоконник тяжелую вересковую трубку и двинулся к столу. Поднял сильные ладони тяжелых рук и понес их перед собой. Властный голос его тоже был тяжелым, как руки, и внушительным, как вся фигура. Перед этой фигурой, покорствуя, расступалось пространство:

– Кроу, что вы там копаетесь! Давайте сюда – я сам…

Человек в куртке разогнул спину и с удивлением посмотрел на шефа. Молча уступил место у лабораторного стола и молча направился к подоконнику – собрать просыпавшийся из трубки табак. Но тот же властный голос ударил его сзади:

– Не трясите стол!

– Что?! – в изумлении обернулся Кроу.

– Не трясите стол!

– Послушайте, сэр… – вспылил было Кроу, но сдержался: он вдруг увидел знаменитые руки. Они… дрожали. Впервые за восемнадцать лет ассистент увидел, что шеф чегото не может. А тем временем снова раздалось грознобеспомощное:

– Почему вы трясете стол?!

За восемнадцать лет ассистент так и не научился распознавать приступы дурного настроения у шефа. Они были всегда внезапны, и им не находилось разумного объяснения. На сей раз Кроу просто увидел причину. И незаметно придвинулся к столу. И в самом деле попробовал поколебать ногой громоздкое лабораторное ристалище. Шеф искоса взглянул на ассистента…

Потом шумно хлопнула дверь, и долго затихали в коридоре тяжелые шаги. Кроу стоял у окна, взвешивая на ладони забытую вересковую трубку, смотрел на старые университетские камни и ждал, когда появится фигура разгневанного шефа. Она появилась, и, как обычно, перед ней расступалось пространство. Но была в ней не размашистая разгневанность, а медлительная удрученность. Распахнув окно, Кроу перегнулся через подоконник:

– Сэр! Вы забыли трубку!

Шеф остановился. Поднял голову и посмотрел непонимающе. Жестом показал: «Кидайте!» Этого Кроу не ожидал. А жест повторился – уже нетерпеливый и властный. И Кроу кинул. Шеф поймал трубку на лету, но не удержал в дрожащих ладонях. Нагнулся поднять. Коснулся пальцами тротуара и развеселился от мысли, что надо бы крикнуть комуто: «Почему вы трясете Англию?!» Разогнулся и кивнул на прощанье Кроу. Потом усмехнулся про себя и двинулся дальше по десятилетиями исхоженной улочке.

Так уходил один из двадцати четырех живущих рыцарей ордена «За заслуги» – лорд без аристократической родословной, барон без родовых поместий, второй из семи сыновей безвестного новозеландского фермера и безвестной новозеландской учительницы, один из величайших создателей физики двадцатого века – человек, проникший в атом и впервые увидевший его строение, открывший атомное ядро и впервые его расщепивший, современник Альберта Эйнштейна, едва ли не равный ему по величию и заслугам перед другими людьми.

Под весенним небом медленно шел, удаляясь, лорд Резерфорд оф Нельсон – покидающий жизнь веселый и серьезный человек с неправдоподобно далеких берегов пролива Кука…

В 1895 г. в Кембридже была официально учреждена своеобразная докторантура. Начинающий исследователь мог приехать откуда угодно. Томсоновская мечта о мировой школе физиков становилась реальностью. И очень скоро в трехэтажном здании на тихой ФриСкуллэйн зазвучали молодые голоса, говорившие поанглийски с самыми неожиданными акцентами. Первым послышался новозеландский. Первым докторантом, перешагнувшим порог Кавендиша в октябре 1895 г., был Эрнест Резерфорд.

История третья

Ранним сентябрьским утром 1911 г. молодой человек, погруженный в свои мысли, вдруг застиг себя праздно стоящим возле какойто лавчонки. Глаза его скользили по надписи на входной двери. В адресе торговой фирмы начертано было «Кембридж», и внезапно до его сознания дошло, что он действительно находится «в том самом Кембридже»! Весь день – а это вовсе не был день его приезда – он бродил по старому городу и вечером в недорогом пансионе миссис Джордж, где ему удалось устроиться, восторженно написал невесте о своем утреннем открытии. …Он сам выбрал Кавендишевскую лабораторию. С какими надеждами готовился он к предстоящей поездке! На это ушло все лето после защиты диссертации. Сознавая ценность своей работы по электронной теории, он был уверен, что в томсоновском Кембридже ее опубликуют.

Томсон представлялся ему великим человеком. Молодой исследователь прочитал, как утверждал впоследствии, все его работы. И высочайше ценил те, что последовали за открытием электрона. Особенно посвященные модели атома. Старинный Кембридж обладал бы для него лишь музейной привлекательностью, если бы его не ожидали на улочке ФриСкуллэйн часы живого общения с Джозефом Джоном Томсоном. Так мог ли он не отправиться на эту улочку тотчас по приезду? И с открытой душой…

…В минуты первой же их встречи он положил перед Томсоном вместо своей диссертации томсоновскую статью с отмеченными в тексте томсоновскими ошибками и радостно указал на них мэтру: «Не правда ли, сэр Джозеф, как важно, что ошибки обнаружены!» Через десять с лишним лет Петр Леонидович Капица услышал в Кавендише другую историю. Молодой Нильс Бор, нетвердый в английском, просто сказал: «Сэр Джозеф, вот тут вы написали глупость!»

Может быть, этим объяснялось все происшедшее потом?

А пока… Пока приветливоразговорчивый Дж. Дж. покорил двадцатишестилетнего Бора так же легко, как в свое время двадцатичетырехлетнего Резерфорда.

«Томсон восхитил меня…» –это Резерфорд в 1895м – невесте Мэри Ньютон.

«Я увидел действительно великого человека…» – это Бор в 1911м – невесте Маргарет Норлунд.

А через деньдва, когда его диссертация погрузилась наконец в застарелую неразбериху бумаг и книг на томсоновском столе, ушло восторженное письмо брату: «…Я только что беседовал с Дж.Дж.Томсоном… Он был очень мил со мной… и пригласил меня отобедать в воскресенье в Тринитиколледже. Там он собирается повести разговор о моей рукописи…»

Они отобедали. Но Томсон разговора не повел. И через неделю тоже. И через две недели тоже. И через месяц. В душе Бора появилось чувство бесплодно проходящего времени. Заглянув в кабинет Томсона, он, обычно рассеянный к мелочам, с зоркостью, обостренной ожиданием, тотчас определил, что его рукопись лежит на прежнем месте в окружении все тех же бумаг… Оптимизму надо было найти новую опору – прежняя начала ускользать. Вот тогдато Бор увидел Эрнеста Резерфорда.

Резерфорд приехал из Манчестера, где после Монреаля с 1907 г. возглавлял кафедру в университете Виктории. Он говорил много, и о нем говорили много. Японский теоретик Нагаока писал: «Мне представляется гением тот, кто может работать со столь примитивным оборудованием и собирать столь богатую жатву». Японец в начале 1911 г. посетил Манчестер и видел ту самую установку, с которой «все, в сущности, и началось». Открылось: при бомбардировке листка золотой фольги не все альфачастицы пронизывают ее насквозь – иные отбрасываются вспять! Даже Резерфорд потом говорил: «…То было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги пятнадцатидюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас».

Резерфорд пришел к заключению: в глубинах атома есть массивная заряженная сердцевина. Но изза ее малости только редкие частицы прицельно попадают в нее, чтобы отразиться назад. Существование атомного ядра было неоспоримым. Но лишь в конце 1910 г. Резерфорд своим «громадным» голосом объявил в манчестерской лаборатории: «Теперь я знаю, как выглядит атом!»

Выглядел атом, как солнечная микросистема: с положительным ядром в центре и отрицательными электронами на планетных орбитах вдали от ядра. По классическим законам, такое устройство было невозможно: вращение вынуждало бы электроны, в согласии с законами Максвелла, непрерывно излучать энергию, а потеря энергии, в согласии с законами Ньютона, приводила бы к их неминуемому падению на ядро. Резерфорд увидел обреченный атом. И предупредил теоретиков: «Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению…» Появился теоретически противозаконный, но экспериментально обоснованный планетарный атом.

Возможность заговорить о богатой жатве представилась всем. Однако этой возможностью никто из теоретиков не воспользовался. И даже на том кавендишевском обеде, в октябре, слова атомное ядро и планетарный атом не отягощали дружеских речей. …Сначала чинно сидели за столами. Пили традиционный портвейн и слушали завидные воспоминания ветеранов. Потом, сменив английскую сдержанность на английскую непринужденность, встали на стулья, скрестили подетски руки и запели шутливые лабораторные песенки. И Томсон стоял на стуле. И Резерфорд стоял на стуле. И Бор стоял на стуле. Он не пел вместе со всеми, за незнанием слов и мелодий, зато улыбался смущенно и счастливо. Его оптимизм вдруг обрел новую опору.

Бор во все глаза смотрел на Резерфорда. Но не потому, что успел плениться его новыми идеями. Да и был еще увлечен томсоновской моделью. Кажется, Дж.Дж. сам придумал для нее вкусное сравнение: атом похож на кекс – отрицательно заряженные электроныизюминки вкраплены в положительно заряженное тесто. Оно заполняет все атомное пространство. Однако с этим «положительно наэлектризованным пространством» ничего хорошего не получалось. Вот и последние опыты резерфордовцев: от рыхлого атома с массой, размазанной по всему объему, альфачастицы не могли бы отражаться назад…

Кавендишевец Рэлеймладший уверял, что Томсону и самому не очень нравилась его модель. Но чужие идеи уже не возбуждали в нем интереса, а критика уже не будоражила внимания. Теперь, через двадцать семь лет после начала своего кавендишевского «отцовства», он втайне выдал себе охранную грамоту на случай любых притязаний «детей»: «…Молодым людям не следовало бы высказывать всякую всячину. Я знаю о данном предмете гораздо больше, чем они, и я уже обдумал все…»

Это слова не самого Дж.Дж. Так в 1962 г., рассказывая историкам о далеком прошлом, сформулировал за Томсона его психологическую позицию старый Нильс Бор. А молодой Бор в часы кавендишевского обеда всего этого еще не понимал. По его признанию, на него произвела тогда глубокое впечатление сама личность Резерфорда. И чувство уже подсказывало

Учебная работа № 1668. Становление теории атома