Физики, химики и математики: жизнь и открытия. часть 5

В этом выпуске я приведу несколько историй из научной деятельности выдающегося ученого Эрнеста Резерфорда и его ассистентов, а также вы узнаете о таинственных N-лучах

Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4

Роберт Вуд (1868 - 1955), профессор физики в Университете Джона Хопкинса, основатель спектроскопии, писал стихи (сборник его стихов, вышедший под названием "Как отличить птиц от цветов", переиздается и в наши дни), а также был еще известным шутником и мистификатором. Многие его эскапады стали легендами. Например, жителей Балтимора он пугал так: в дождливые дни плевал в лужи и незаметно подбрасывал туда кусок металлического натрия - в итоге плевок загорался ярко-желтым пламенем.

А вот другая история. В юности Вуд жил в Париже, в небольшом пансионе. Как-то постояльцы этого пансиона с удивлением заметили, что Вуд обильно посыпает каким-то белым порошком куриные кости, оставшиеся после ужина на тарелках. На следующий вечер, когда всем подали суп, Вуд принес с собой небольшую спиртовую горелку и уронил каплю супа в пламя. Красная вспышка вызвала у него улыбку удовлетворения: белый порошок, объяснил он соседям по столу, был хлоридом лития, а красный цвет пламени свидетельствует, что хлорид лития теперь в супе. Вуд подозревал, что хозяйка использует кости по второму разу - и теперь подозрение подтвердилось. Стоит, однако, заметить, что подобный сюжет рассказывают и про Георга фон Хевеси, пионера в области радиоактивных меток: как-то он пометил объедки радиоактивной солью и потом обнаружил радиоактивность супа при помощи счетчика Гейгера. Такой тест куда чувствительней, чем с литиевым пламенем. Впрочем, каждая наука подразумевает свою методику. (Знаменитый геохимик Виктор Мориц Гольдшмидт, собираясь бежать из нацистской Германии, запасся ампулой с цианидом калия; когда ампулой заинтересовался коллега с инженерного факультета, Гольдшмидт, по легенде, ответил, что цианид - это только для профессоров химии, а профессорам механики полагается иметь с собой веревку.)

В Париже Вуд устроил еще один розыгрыш. Он обнаружил, что домовладелица (или консьержка), которая жила этажом ниже, держит на балконе черепаху. Тогда Вуд приобрел выводок черепах разных размеров, а потом длинной палкой с крюком вытащил с балкона хозяйкиного питомца и подменил его черепахой чуть побольше. Каждый день он заменял черепаху следующей по размеру. Изумленная хозяйка рассказала Вуду про удивительную черепаху, и тогда он посоветовал ей проконсультироваться у известного университетского профессора, а попутно сообщить в газеты. Пресса, надо думать, охотно взялась наблюдать за расширяющейся черепахой, и тогда Вуд направил процесс в обратную сторону: животное уменьшалось столь же загадочно, как недавно росло. Догадался ли хоть кто-нибудь в Париже об истинных причинах феномена, не сообщается.

Вуд сделал много полезного в спектроскопии (в частности, разработал конструкцию спектрометра с длинным ходом лучей - туда он научил забираться своего кота, чтобы чистить прибор от паутины и пыли). Но чаще вспоминают его участие в одном из самых странных эпизодов в истории физики. Известный французский физик Рене Проспер Блондло открыл нечто, являющееся, по его мнению, новой формой электромагнитного излучения. Это нечто он назвал N-лучами в честь Нанси, своего родного города. Существование N-лучей было очевидно Блондло, его коллегам из Нанси и еще нескольким французским ученым, но в куда меньшей степени ученым из других точек мира. Позже было доказано, что N-лучи - вымысел, и воспринимать их способны только те, кто заранее в них поверил. Заблуждение было окончательно раскрыто Вудом, когда в 1903 году он навестил лабораторию Блондло в Университете Нанси. Вот весьма красноречивый рассказ Вуда о том, как ему удалось вывести на чистую воду неудачника Блондло:

"Прочтя о его (Блондло) замечательных опытах, я решился повторить их, но ничего не добился, хотя и потратил на это целое утро. Согласно Блондло, такие лучи спонтанно испускают многие металлы. Детектором может служить лист бумаги, весьма слабо подсвеченный, поскольку - чудо из чудес - когда N-лучи касаются глаза, они усиливают его способность видеть объекты в полутемной комнате.




Масла в огонь подлили другие исследователи. Год не успел закончиться, а в Comtes Rendus (сборнике докладов, сделанных на сессиях Французской академии наук) вышли сразу двенадцать статей о N-лучах. Шарпентье, известный своими фантастическими экспериментами по гипнотизму, заявил, что N-лучи испускаются мускулами, нервными тканями и мозгом, и его невероятные утверждения появились в журнале Comtes, который поддерживал великий д'Арсонваль, главный специалист по электричеству и магнетизму во Франции.

Затем Блондло заявил, что сконструировал спектрограф с алюминиевыми линзами и призмой из того же материала, и обнаружил, что спектральные линии разделены темными интервалами - а это свидетельствует о существовании N-лучей с разной преломляемостью и разной длиной волны. Блондло измерил длины волн, а Жан Беккерель (сын Анри, первооткрывателя радиоактивности) заявил, что N-лучи можно передавать по проводам. К началу лета Блондло опубликовал двадцать статей, Шарпентье - тоже двадцать, а Жан Беккерель - десять, и все они касались свойств и источников N-лучей.

Ученые в других странах относились ко всему этому с откровенным скепсисом, однако Академия отметила работу Блондло присуждением премии Делаланда в 20 000 франков и золотой медалью "за открытие N-лучей".

В сентябре (1904 года) я отправился в Кембридж на собрание Британской ассоциации содействия развитию науки. После заседания несколько ученых остались обсудить, как быть с N-лучами. Профессор Рубенс из Берлина был наиболее выразителен в своем негодовании. Он чувствовал себя в особенности задетым, поскольку кайзер распорядился, чтобы именно он приехал в Потсдам и там продемонстрировал лучи. Две недели бесплодных попыток повторить опыт французов вынудили его со стыдом признаться кайзеру в собственном бессилии. Повернувшись ко мне, он сказал: "Профессор Вуд, не съездите ли вы в Нанси прямо сейчас - посмотреть на опыты, которые там ставят?" - "Да, да, - заговорили разом все англичане, - это хорошая мысль, поезжайте!" Я предложил съездить Рубенсу, поскольку это он оказался главной жертвой, но Рубенс ответил, что Блондло вел с ним весьма учтивую переписку и охотно откликался на просьбы предоставить дополнительные данные, так что выйдет некрасиво, если Рубенс вдруг приедет с инспекцией. "Кроме того, - добавил он, - вы американец, а американцам всё позволено..."

Итак, я поехал в Нанси, договорившись с Блондло встретиться рано вечером у него в лаборатории. Он не понимал английского, и я решил разговаривать с ним на немецком, чтобы тот не смущался обмениваться не предназначенными моему слуху репликами со своим ассистентом.

Сначала Блондло показал карточку, где светящейся краской были нарисованы несколько кругов. Затем он включил газовую горелку и обратил мое внимание на то, что яркость увеличивается, когда И-лучи включены. Я отметил, что не вижу изменений. Блондло объяснил: это все потому, что мои глаза недостаточно чувствительны, и мое замечание ничего не доказывает. Тогда я предложил поступить так: время от времени я выставлял бы на пути лучей непрозрачный свинцовый экран, а он говорил бы, когда яркость карточки меняется. Почти все его ответы были ошибочными: Блондло сообщал о перемене яркости, когда я не совершал никаких движений вовсе - и это уже многое доказывало, но я пока помалкивал. Затем он продемонстрировал мне едва подсвеченные часы и попробовал убедить меня, что сможет разглядеть стрелки, если будет держать прямо над переносицей большой плоский напильник. Мой очередной вопрос был о том, могу ли я подержать напильник сам. Перед этим я заметил у Блондло на столе плоскую деревянную линейку (а дерево считалось одним из немногих веществ, которые никогда не испускают N-лучей). Блондло с этим согласился, и я, нащупав линейку в темноте, поднес ее к лицу экспериментатора. Ну да, разумеется, он без труда разглядел стрелки - и это тоже кое-что доказывало.

Однако решающая и самая впечатляющая проверка была впереди. Вместе с ассистентом, который уже поглядывал на меня враждебно, я зашел в комнату, где стоял спектрометр с алюминиевыми призмой и линзами. Окуляр прибору заменяла вертикальная нить, окрашенная люминесцентной краской, а специальная ручка (со шкалой и цифрами на ободе) позволяла перемещать ее вдоль участка, куда предположительно проецировался спектр N-лучей. Блондло уселся перед спектрографом и начал медленно поворачивать ручку. Предполагалось, что, пересекая невидимые линии спектра N-лучей, нить будет каждый раз вспыхивать. Подсветив шкалу небольшой красной лампой, Блондло зачитал мне цифры, соответствующие отдельным спектральным линиям. Такой эксперимент сумел убедить не одного скептика, поскольку измерения повторялись в их присутствии, и цифры все время получались одними и теми же. Я попросил приступить к замерам и, вытянув руку в темноте, приподнял алюминиевую призму спектрометра. Он в очередной раз повернул ручку и назвал те же цифры, что и прежде. Прежде чем включили свет, я успел вернуть призму на место, а Блондло сообщил ассистенту, что у него устали глаза. Ассистент тут же попросил у Блондло разрешения повторить для меня опыт. Пока свет не погас, я успел заметить, что призма весьма точно сориентирована на маленькой круглой подставке, так что углы приходятся как раз на обод металлического диска. Выключатель щелкнул, и в темноте я сделал несколько шагов в сторону призмы, и двигался подчеркнуто шумно, но призму на этот раз не трогал. Ассистент как ни в чем не бывало продолжил крутить рукоять, но вскоре, обращаясь к Блондло, торопливо пробормотал по-французски: "Я ничего не вижу, никакого спектра нет. Подозреваю, что американец что-то испортил". Блондло тут же зажег газовую лампу, подошел к призме и тщательно ее оглядел, потом повернулся ко мне, однако я никак не отреагировал. На этом сеанс и закончился.

На следующее утро я отправил в Nature письмо с подробным описанием моих наблюдений, не упоминая, однако, последнюю хитрость, а лабораторию Блондло скромно назвал "одним из мест, где ставятся опыты с N-лучами". Французский полупопулярный журнал La Revue Scientifique начал свое расследование, попросив ведущих французских ученых высказаться по поводу N-лучей. Было опубликовано около сорока писем, причем Блондло защищали только шестеро. В самом едком, за авторством Ле Беля (одного из основателей стереохимии), говорилось: "Какое же зрелище являет французская наука, если один из выдающихся ученых измеряет положение спектральных линий, в то время как призма покоится в кармане его американского коллеги!"

На ежегодном собрании Академии, где официально объявлялось, кому присуждена премия и медаль, было заявлено, что награда досталась Блондло "за совокупность достижений всей его жизни".

Вмешательство Вуда в "дело об N-лучах" было определенно разгромным. С этих пор разговоры об N-лучах прекратились, однако сам Блондло так и не признал свои лучи иллюзией. Он преждевременно покинул университет и в одиночестве продолжал искать неуловимое излучение в своей домашней лаборатории.





Эрнест Резерфорд, впоследствии лорд Резерфорд Нельсон, родился в 1871 году в Новой Зеландии, на ферме, где разводили овец. "Всегда на гребне волны, о Резерфорд", - приветствовал его один из современников. На счету Резерфорда - ряд замечательных открытий в атомной физике, которые сделали его одним из самым выдающихся физиков-экспериментаторов XX века. Физиолог А.В. Хилл вспоминал, как Резерфорд однажды без видимой причины произнес: "Я тут только что перечитывал свои старые статьи и, читая их, сказал себе: "Эрнест, мой мальчик, ты был чертовски умен". Скромность не значилась в числе его добродетелей: Резерфорд был громогласным экстравертом, причем настолько добродушным, что никогда не навлекал на себя зависти или злобы.

Помимо прочих последствий, открытие радиоактивности разрешило загадку, которая не давала покоя Дарвину в последние десятилетия его жизни. Возраст Земли, определенный по окаменелостям, сильно превосходит время, за которое планета должна была остынуть, если ее температура в момент рождения совпадала с солнечной. Расчет, проведенный бесспорным авторитетом, физиком Викторианской эпохи Уильямом Томсоном, лордом Кельвином, как казалось, подрывал всю теорию Дарвина. Тут сказал свое слово Резерфорд: Солнце - гигантская атомная печь, а Земля переполнена радиоактивными элементами; энергии их распада хватает с избытком, чтобы устранить это противоречие.

В 1904 году Резерфорда пригласили прочесть лекцию о новых открытиях перед избранными слушателями, среди которых был и грозный лорд Кельвин, тогда уже достигший 80-летия. Его присутствие смутило Резерфорда. Вот, по его собственным словам, как он повел себя в этой деликатной ситуации:

"К моему облегчению, Кельвин заснул, но едва я дошел до важного места, как обнаружил, что грозный старик сел, приоткрыл глаза и устремил на меня тяжелый взгляд. Тут меня неожиданно посетило вдохновение, и я произнес: "Лорд Кельвин ограничил возраст Земли в предположении, что новых источников энергии обнаружено не будет. Это пророческое высказывание относится к тому, о чем мы и будем говорить этим вечером, - к радию!". И вот вижу - старик уже глядит на меня без зла".

На самом деле Кельвин и два года спустя открыто сомневался, можно ли списать избыток энергии на радиоактивность. Другой великий физик, лорд Рэлей, предложил Кельвину пари на пять шиллингов, что не пройдет и полгода, как тот признает правоту Резерфорда. За это время Кельвин и вправду передумал, публично покаялся перед Британской ассоциацией содействия развитию науки - и выплатил Рэлею пять шиллингов.





Эрнест Резерфорд, только получивший первое в своей жизни место профессора - в канадском Университете МакГилла - нанял на работу химика Фредерика Содди (Содди родился в Истбурне в 1877 году) в надежде, что тот поможет ему разобраться с анализом радиоактивных веществ. В1901 году они вместе совершили ошеломляющее открытие: радиоактивный металл торий при самопроизвольном распаде порождает радиоактивный газ - новый неизвестный элемент. Содди удалось собрать достаточное количество этого газа, чтобы сжижить его и показать, что тот своим поведением напоминает инертный газ аргон. Эту "эманацию тория" впоследствии назовут радоном.

"Мной овладело нечто большее, чем радость, - я не могу это толком выразить: нечто вроде экзальтации, смешанной с чувством гордости, что именно я, единственный из химиков всех времен, был избран открыть естественную трансмутацию. Хорошо помню, как застыл на месте, будто меня пригвоздило, от осознания колоссальной важности произошедшего, и выкрикнул - или это мне только померещилось? - "Резерфорд, это же трансмутация: торий распадается и трансмутирует в аргон!"

Слова, казалось, вырывались мгновенно и сами собой, как если бы приходили откуда-то извне. Резерфорд только прикрикнул на меня с обычной для него беззаботностью: "Ради всех святых, Содди, не называй это трансмутацией. Нас примут за алхимиков и оторвут нам головы. Ты ведь знаешь, что это за люди".

Вслед за этим он принялся вальсировать по лаборатории, распевая громоподобным голосом: "Впееред, солдаты-хо-хо-христиане!", и песню ту было проще угадать по словам, чем по мелодии.

Предупреждение было мудрым: публичное заявление первооткрывателей стало сенсацией. По свидетельству другого сотрудника Резерфорда, A.C. Рассела, в Глазго вскоре объявилась компания, которая обещала заняться превращением свинца в ртуть и в золото. Содди позже писал:

"Природа время от времени коварно подшучивает над нами: когда задумываешься о сотнях и тысячах алхимиков прошлого, корпевших годами над своими печами, дабы превратить один элемент в другой, неблагородный металл в благородный, и умиравших, так и не дождавшись награды за свои труды, понимаешь, что это истинное чудо - то, что случилось тогда, в Мак-Гилле. Ведь уже во время первого моего эксперимента мы были удостоены чести увидеть на примере тория, как процесс трансмутации происходит сам собой, не встречая сопротивления, безостановочно и неизменно! С этим ничего нельзя поделать. Человек не в силах повлиять на силы Природы".




За открытие радиоактивных превращений Резерфорда в 1908 году наградили Нобелевской премией по химии, что изрядно его позабавило, поскольку, как он едко отмечал, его собственное превращение из физика в химика произошло мгновенно. Содди же, в отличие от Резерфорда настоящий химик, навсегда остался обижен тем, что его обошли - и вниманием, и наградой.

Впоследствии были найдены и другие радиоактивные эманации: все они обладали похожими свойствами, но слегка отличались атомным весом. Разумеется, это был один и тот же элемент, у которого варьировалось только число нейтронов в ядре - и, как следствие, вес. Существование нескольких разновидностей одного и того же элемента, с разным атомным весом, но одинаковыми химическими свойствами прояснило некоторые загадки, над которыми билось не одно поколение химиков. Содди назвал эти разновидности изотопами, и за их открытие все-таки был награжден Нобелевской премией по химии. Случилось это в 1921 году. Что удивительно, награда эта не сильно умерила его горечь по поводу выказанного ему прежде пренебрежения. К тому времени его назначили главой кафедры физической химии в Оксфорде, но на этом посту он вовсе не благоденствовал. Его планы реформировать исследовательскую работу и преподавание натолкнулись на сопротивление преподавателей колледжа. Содди овладели хандра и глубокое уныние. Он больше не занимался научной работой, и его кафедра теряла свои позиции в университете. Тогда Содди увлекся построением универсальной теории денег и другими столь же бесплодными делами. Наконец в 59-летнем возрасте он покинул университет и, окончательно превратившись в ожесточенного параноика, провел остаток жизни в безвестности. Умер Фредерик Содди в 1956 году, когда о нем все уже почти забыли.






Лорд Резерфорд, кроме всего прочего, был весьма незаурядной личностью. Вот как однажды, уже будучи профессором физики в Кембридже, он отверг теорию, показавшуюся ему полной чепухой. Итак, рассказчик - Р.В.Джонс, место действия - Кларендонская лаборатория, Оксфорд.

Резерфорд только что внезапно приехал из Кембриджа, и каждая его лекция в Оксфорде была событием. В конце обычно оставалось время для вопросов, и Е.А.Милн (известный космолог и физик-теоретик) как-то спросил, что Резерфорд думает по поводу так называемого атома Тьютина. Доктор Тьютин критиковал модель Резерфорда (то есть планетарную систему с ядром из протонов и нейтронов в качестве Солнца и электронами, каждый из которых движется по орбите со своим радиусом) - поскольку, как известно каждому, в смеси из тяжелых и легких частиц тяжелые быстро уходят на периферию, в то время как легкие остаются поблизости к центру. Поэтому электронам место в центре атома, а протоны должны летать снаружи. Теория Тьютина получила известность благодаря Ф.В. Содди, о котором уже упоминалось в прошлой истории, который рекомендовал статью Тьютина Химическому обществу. Однако там ее отказались публиковать, и Содди немедленно вышел из состава Общества, а затем специальным объявлением в журнале Nature оповестил коллег, что распродает имеющиеся у него тома Journal of Chemical Society.

Милн поинтересовался у Резерфорда, откуда тот знает, что Тьютин неправ, а он сам прав. Легко представить себе грузного Резерфорда, который навис над тщедушным Милном и проревел: "Когда вы видите слона и блоху, вы сразу знаете, кто прыгает - слон или блоха".

Почти безошибочную интуицию Резерфорда во всем, что касалось элементарных частиц, можно проиллюстрировать еще и таким признанием М.Л. Олифанта, сделанным им в интервью 70 лет спустя:

"В наших экспериментах мы бомбардировали мишени всем, чем только возможно, чтобы получить новые элементы. Задействовать тяжелый водород было логичным ходом, и, само собой, результаты оказались крайне интересными. Опыты с тяжелой водой привели к открытию гелия-3 и трития (первый - изотоп гелия, второй - водорода).

...Резерфорд в то время невероятно сильно повлиял и на меня, и на множество других людей в Кембридже. Он был моим научным отцом - во всех смыслах слова. Резерфорду не нравилось, когда его сотрудники проводят слишком много времени в лаборатории. По его мнению, переутомляться было глупо. Правда, сам Резерфорд с трудом мог отвлечься от научных задач. Однажды мы отправились домой, так и не разобравшись с результатами эксперимента. В три ночи у меня зазвонил телефон. Жена сообщила, что профессор хотел бы со мной поговорить. Резерфорд произнес: "Я тут догадался: частицы из ближнего диапазона - это гелий-3". Я попросил у него обоснований, и тогда он взорвался: "Обоснования? Обоснования? Я это чувствую!"




Олифант (впоследствии сэр Марк Олифант) получил должность профессора физики в Бирмингеме, где создал выдающийся факультет: там, среди прочего, сконструировали основу сантиметровых радаров, полостный магнетрон. Затем Олифант вернулся к себе на родину в Австралию, где стал отцом-основателем Австралийского национального университета в Канберре. Один из его самых неудачных проектов - строительство ускорителя частиц, который не проработал ни дня и был в итоге заброшен. Из-за этого дорогостоящего провала прибор презрительно называли "Белым Олифантом" ("The White Oliphant").