М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность
Резерфорд, который все еще находился под впечатлением от только что прослушанного доклада Вернера Гейзенберга об использовании недавно обнаруженных нейтронов для объяснения некоторых интригующих особенностей структуры атомного ядра, только хмыкал, энергично жестикулируя давно уже погасшей трубкой:
– Что бы тут ни говорила несравненная мадам Кюри, но главное в исследованиях радиоактивного излучения – это то, что, используя теорию квантов Планка, мы получили квантовую модель атома. Вспомните, как созданию нашей модели предшествовали бесплодные попытки построить структуру атома на основе представлений классической электродинамики и механики.
– Вы, наверное, имеете в виду атомную модель Хантаро Нагаоки? – рискнул вставить вопрос в громогласные рассуждения мэтра Жолио.
– Именно так, мой юный друг, именно так, – забывшись, Резерфорд извлек свистящий звук из своей погасшей трубки, вызвав улыбки у окружающих. С досадой переложив трубку в другую руку, он продолжил: Нагаока исходил из исследований Максвелла об устойчивости колец Сатурна и представлял себе строение атомарных структур аналогичным схеме Солнечной системы. Поэтому его модель включала положительно заряженную центральную область – Солнце, вокруг которого по выделенным кольцеобразным орбитам вращались электроны-планеты. Причем при орбитальных возмущениях тут же возбуждались электромагнитные волны, периоды которых, по расчетам Нагаоки, были того же порядка, что и спектральные частоты некоторых элементов.
Из окружения Резерфорда выдвинулся его ученик Джеймс Чедвик, автор недавнего открытия нейтронов:
– Любопытно, почему же при всех своих достоинствах планетарная модель атома довольно долго безуспешно конкурировала с томсоновской схемой? Крокодил (так за глаза все называли Резерфорда с легкой руки его любимого ученика П. Л. Капицы) удовлетворенно взмахнул трубкой:
– Атом Томсона на самом деле представлял собой хорошо структурированную модель, в которой положительное электричество было как бы «размазано» по сфере, с вкраплениями отрицательных зарядов. В этом томсоновском «атомном пудинге» с изюмом электронов было, конечно, много необычного. Так, в простейшем атоме водорода электрон находился точно в центре «пудинга», и при всяком смещении на него должна была бы действовать квазиупругая сила электростатического притяжения, под действием которой он бы и совершал колебания. Теоретически частота подобных колебаний электрона должна была бы определяться радиусом сферы, зарядом и массой электрона, и если радиус сферы совпадает с атомным радиусом, то и частота этих колебаний будет совпадать с частотой излучаемой спектральной линии. Для многоэлектронных атомов Джи-Джи рассчитал вполне устойчивые конфигурации, считая, что каждая из них определяет химические свойства атомов. На основании своих построений он даже предпринял попытку теоретически построить периодическую систему элементов. Еще один ученик Резерфорда – Патрик Блэккет, недавно прославившийся тем, что одновременно с американцем Карлом Андерсеном открыл в составе космических лучей удивительные положительные электроны – позитроны, улыбаясь, слушал громогласные восклицания своего шефа, который, казалось, признавал одни резкие суждения, меняющиеся в зависимости от его настроения от восторженных и восхваляющих до негодующих и осуждающих, попытался тоже подать реплику:
– Тем не менее ведь и Бор позднее назвал попытку атомного моделирования Джи-Джи «знаменитой» и указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы стала исходным пунктом и для более новых воззрений. Отмечая, что теория Томсона в целом несовместима с опытными фактами, Бор тем не менее считал, что она содержит много оригинальных мыслей и оказала большое влияние на развитие атомной физики…
Конец фразы Блэккета потонул в сердитом фырканье Резерфорда, который уже умудрился снова раскурить свою трубку и, задрав голову, пытался выпустить несколько концентрических колец дыма:
– Еще в 1905 году Вильгельм Вин, выступая с докладом об электронах на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Мюнхене, указывал на трудность объяснения линейчатых спектров атомов с точки зрения электронной теории. При этом он подчеркивал, что проще всего было бы понимать каждый атом как планетную систему, которая состоит из положительно заряженного центра, вокруг которого, как планеты, обращаются электроны. Но такая система не может быть устойчивой вследствие излучаемой ими энергии. Поэтому мы вынуждены обратиться к системе, в которой электроны находятся в относительном покое или обладают ничтожными скоростями, хотя подобное представление содержит много сомнительного. Такой статической общепринятой моделью и был атом Томсона по причинам, указанным Вином.
Недалеко от спорящих, держась, как всегда, особняком, стоял, нахмурившись, Поль Дирак. Его известность в ученом мире была связана со знаменитым образом так называемого моря Дирака, позволившим удачно предсказать существование позитронов. Подвинувшись поближе, Поль, как всегда кратко, заметил:
– Модель планетарного атома приходила в голову многим, например о ней писал Пуанкаре, ее обсуждали тот же Вин и Перрен, который в своем нобелевском докладе прямо причислял себя к пионерам подобных построений. Однако эта модель наталкивалась именно на ту непреодолимую трудность, на которую указывал Вин, и именно поэтому доминировал атом Томсона. Лишь новые опытные факты опровергли «атомный пудинг», открыв двери планетарной модели, и заслуга открытия этих фактов в первую очередь принадлежит сэру Эрнесту, – Дирак сделал полупоклон в сторону довольно улыбающегося Резерфорда.
Из-за спины Дирака показался его круглолицый насмешливый друг Вольфганг Паули. У них были совершенно разные характеры. Дирак постоянно бывал мрачен и серьезен, а Паули всюду находил повод для очередной шутки, причем бÓльшая часть из них была самокритично направлена на его «рафинированную теоретичность». Так, он доказывал, что все приборы мгновенно начинают показывать несусветные величины, стоит ему только пройти мимо них. Это магическое действие «ауры великого теоретика» даже получило шутливое название «эффект Паули». Сам ученый рассказывал анекдот, что когда его поезд сделал краткую остановку на Геттингенском вокзале, в местной лаборатории Джеймса Франка тут же прогремел взрыв, что явилось проявлением «дистанционного эффекта Паули». Вздернув высокие брови, отчего его лицо приобрело хитроватое выражение, он воспользовался случаем, чтобы задать свой вопрос Резерфорду:
– Скажите, сэр Эрнест, а как вы сами с высоты прожитых лет оцениваете фундаментальность своего открытия атомного ядра и его ввод в планетарную модель атома? – поскольку Крокодил только громко хмыкнул и пробурчал что-то непонятное, Паули с улыбкой продолжил: Вот тут нам напомнили, а некоторые, – тут он, под смех окружающих, постучал себя по лбу, – и так прекрасно помнят, что уподобление атома планетной системе делалось еще в самом начале XX века. Но эту модель было трудно совместить с законами электродинамики, и она была оставлена, уступив место модели Томсона. Однако тут почему-то никто не отметил, что, если меня не подводит память, еще в 1904 году Вильям Брэгг в Австралии начал исследования, посвященные прохождению альфа-частиц через вещество, которые привели к утверждению в нарождающейся атомной физике одной из первых планетарных схем. Так, Брэгг нашел, что альфа-частицы не рассеиваются веществом, а поглощаются им на дистанции длины пробега.
