Загадочные лучи
В 1895 году немецкий физик, профессор Университета Вюрцбурга Вильгельм Рентген (1845-1923) заинтересовался экспериментами Филиппа Ленарда. Рентген даже устроил дома маленькую лабораторию для изучения катодных лучей в трубках с окнами Ленарда. Однажды вечером он, чтобы помешать выходу катодных лучей, закрыл алюминиевое окошко куском картона. После этого Рентген подключил к трубке напряжение и неожиданно увидел свечение на расстоянии метра. После отключения напряжения свечение исчезало. В этом опыте освещался экран, покрытый платиноцианистым барием — флуоресцентным веществом. Результаты опыта показали, что обнаруженные лучи отличаются от катодных: воздух не поглощал их, более того, лучи могли проходить сквозь разные материалы. Исследователь сделал вывод, что процессы, происходящие в трубке Крукса, вызывают новый вид излучения с высокой проникающей способностью. Новое излучение проходило через твердые материалы и живые ткани (это было доказано с помощью опыта, в котором был сделан снимок руки жены ученого), присутствие лучей можно было установить по возбуждающему действию, которое они оказывали на флуоресцентные материалы. Так были открыты Х-лучи, которые сегодня широко применяются в медицине. Благодаря этому открытию была учреждена Нобелевская премия по физике, впервые врученная в 1901 году, — конечно же, лауреатом стал Рентген.
ЭЛЕКТРОН
Открытие электрона неразрывно связано с исследованиями трубки Крукса и наблюдениями за катодными лучами. Крукс заметил, что катодные лучи под воздействием магнитного поля отклоняются, и это позволило ему установить их отрицательный заряд. В 1896 году британский ученый Джозеф Джон Томсон (1856-1940) провел серию опытов, установив, что катодные лучи состоят из частиц (или корпускул, как он их сам называл). Томсону удалось создать трубку Крукса со степенью разрежения, наиболее близкой к абсолютному вакууму.
Воздействуя электромагнитным полем на области вокруг трубки, ученый смог определить глобальное соотношение массы и заряда электронов. Используя разные материалы для катода и анода, изменяя разреженные газы в трубке, он сделал вывод, что обнаруженная частица едина для атомов любых элементов. Эти опыты привели его к созданию атомной модели, которую назвали «пудинговой»: атом состоял из электронов, которые, словно изюм в пудинге, равномерно располагались в положительно заряженном облаке. Заряды облака и электронов взаимно компенсируются.
В «пудинговой» модели атома, предложенной Томсоном, отрицательно заряженные электроны равномерно распределяются в положительно заряженном облаке, словно изюм в пудинге.
ТИПЫ РАДИОАКТИВНОСТИ
Открытие новых радиоактивных элементов стало важным шагом, но необходимо было проанализировать и другие аспекты этого явления. Новозеландский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) вместе с английским химиком Фредериком Содди (1877-1956) стали авторами самых невероятных открытий в этой области, когда в 1935 году в Университете Макгилла в Канаде опубликовали данные о том, что радиоактивность проявляется в виде разных типов излучения, которые различаются по проникающей способности (а также, как стало известно позже, по электрическому заряду). Резерфорд назвал альфа-излучением радиацию с наименьшей проникающей способностью. Впоследствии сам ученый подтвердил, что альфа-частицы имеют положительный заряд. Бета-излучение, в свою очередь, имеет большую проникающую способность.
Установить заряд этого вида излучения удалось Антуану Анри Беккерелю в 1900 году: он аналогичен заряду катодных лучей, то есть речь шла о той же частице, которую открыл Томсон несколько лет назад, — электроне.
Электрон по своему размеру в соотношении с атомом подобен бейсбольному мячику в сравнении с Землей. Или, как утверждал Оливер Лодж, если бы мы могли увеличить атом водорода до размера собора, электрон был бы в нем как маленькая пылинка.
Вальдемар Кемпферт (1877-1956), американский научный редактор и писатель
Гамма-лучи были открыты последними — из-за того, что заряд у них отсутствует. Этот тип лучей не состоял из частиц, они были похожи на рентгеновские, хотя несли гораздо больше энергии. Гамма-лучи открыл в 1900 году Поль Виллар (1860-1934), вначале спутавший их с рентгеновскими. Благодаря Резерфорду было установлено, что все это — разные виды электромагнитного излучения.
Так как три типа излучения имеют разный заряд — положительный, отрицательный или нейтральный, — у них различная проникающая способность (см. рисунок 1), по-разному они ведут себя и в присутствии электрических и магнитных полей (см. рисунок 2). При прохождении через электрическое поле альфа-лучи притягиваются к отрицательному полюсу, бета-лучи — к положительному. Траектория гамма-лучей под действием магнитного поля не изменяется.
Все эти события разворачивались, когда Мейтнер решила изучать физику. Но как могла молодая девушка еврейского происхождения не только посвятить себя науке, но и стать одной из главных фигур среди исследователей своей эпохи? Пришло время обратить свой взгляд на Вену, родной город Лизы, в котором можно найти ключ к тайне ее превращения в одного из известнейших ученых своего времени.
РИС. 1
Одна из отличительных характеристик трех типов излучения — проникающая способность.
РИС. 2
При воздействии электрического поля альфа-частицы (обладают положительным зарядом) притягиваются к отрицательному полюсу, их траектория отклоняется в этом направлении, отрицательно заряженные бета-частицы отклоняются к положительному полюсу. Нейтральные гамма-лучи сохраняют свою прямолинейную траекторию.
ГОДЫ В ВЕНЕ
Мейтнер родилась в 1878 году в Вене, в то время город был столицей Австро-Венгерской империи. Лиза с раннего возраста увлекалась математикой и физикой, но женщинам было запрещено получать высшее образование. К счастью, именно в эту эпоху в Австро-Венгрии начались масштабные социальные преобразования, благоприятно отразившиеся, например, на евреях, которые получили доступ к обучению в вузах. Так мечты Лизы об изучении физики начали сбываться.
Мейтнер прожила в Вене 29 лет, но, покинув ее, больше на родину не возвращалась, хотя и сохранила австрийское подданство. Ее родители, Филипп Мейтнер и Хедвиг Сковран, были моравскими евреями. В семье росло восемь детей, Лиза — третья из них.
С середины XIX века в Австро-Венгрии начался процесс либеральных преобразований, которые затронули многие стороны жизни. В этот период город начал стремительно расти, принимая тысячи приезжих, которых в основном влекли бурная театральная и музыкальная жизнь столицы. Но условия, в которых должны были селиться вновь прибывшие, не всегда можно было назвать благоприятными: тесные жилища, ужасная антисанитария, отсутствие постоянных заработков при высокой безработице.
