Тайны атомного века - Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы

Олег Фейгин

Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы

© О. Фейгин, 2013

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2013

© Электронное издание. ООО «Альпина Паблишер», 2013

Все права защищены. Никакая часть электронного экземпляра этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, для частного и публичного использования без письменного разрешения владельца авторских прав.

Предисловие

…армия исследователей только тем и занята, что кроит и перекраивает материю… Наш век дал миру столько ученых, сколько не было никогда… Увы, никто и не задумывается, сколько из них занято разработкой дефолиантов, военных газов или просто-напросто таблеток, облегчающих пищеварение. Как и в разбазаривании природных богатств, наш век проявил безумное расточительство в отношении умственных ресурсов человечества. Ученые используются для решения абсурдных, а порой и преступных задач, знание пытаются превратить в орудие социального и политического господства, научные исследования подчиняют экономике, открытия – прибыльности.

Б. Лефевр. Преступления против будущего планеты

Как атомная, так и ядерная физика давно уже перестали быть чисто научными разделами, приобретя историко-политические акценты, связанные с разработкой и применением самого страшного оружия современности. При этом сама история создания атомной бомбы до сих пор открывает нам все новые и новые факты, меняющие восприятие событий тех далеких времен.

В предлагаемом повествовании сделана еще одна попытка художественной реконструкции изначальной истории атомных исследований и проектов на основании нового прочтения уже хорошо известных исторических фактов. Причем, несмотря на художественную форму, сказанное все же следует рассматривать как некую научную гипотезу, содержащую реинтерпретацию «канонической» историографии первой половины прошлого века. При этом существенно расширяется круг лиц, причастных к идеям создания первых А-бомб, и становятся понятны прозрения таких писателей, как Герберт Уэллс, казалось бы, далеких от атомной науки. Совершенно по-иному начинает выглядеть поведение политиков того времени, их странное молчание и не менее странные демарши, с трудом укладывающиеся в логику исторических событий с точки зрения постороннего наблюдателя…

Тут надо отметить и еще один существенный момент, связанный с самой ранней предысторией атомно-ядерных исследований. Оказывается, и тут много неясного, так что новые исторические реконструкции позволяют по-новому взглянуть на роль некоторых ученых, ранее считавшихся весьма далекими от данной сферы научной деятельности. В свете сказанного несколько по-иному могут выглядеть и некоторые вопросы приоритета ряда научных открытий и исследований.

Вся история возникновения самых первых атомных проектов – немецкого, американского и советского – по мере работы с архивными документами все больше начинает напоминать узел запутанных проблем, разрубить который могут только достаточно необычные гипотезы на основе старых и новых исторических фактов. А поскольку большинство материалов по обе стороны океана до сих пор имеет соответствующие грифы секретности, автор воспользовался методом историко-художественной реконструкции. Многое здесь выглядит достаточно необычным: рождение идеи А-бомбы в США, ее разработка в Советской России, воплощение в Германии и последующее практически одновременное превращение в основной стратегический боезапас арсеналов США и СССР.

Автору хотелось бы отметить литературный труд предшественников, во многом позволивший пояснить самые таинственные вопросы атомной эры. Это прежде всего связано с творчеством таких выдающихся ученых-популяризаторов, как Даниил Семенович Данин, Геннадий Ефимович Горелик, Юрий Николаевич Ранюк, и многих других деятелей науки и литературы.

Автор чрезвычайно признателен своим учителям Александру Ильичу Ахиезеру, Якову Самуиловичу Кану, Якову Самойловичу Палатнику, Моисею Исааковичу Каганову и многим другим, чьи рассказы и воспоминания позволили воссоздать атмосферу тех далеких лет, когда зарождалась отечественная атомная наука.

Автор хотел бы отметить большую помощь замечательных сотрудников издательства АНФ: П. Подкосова, И. Серегиной и П. Суворовой, стараниями которых данная книга и увидела свет.

Введение

Миссия в Копенгагене

Мы подходим к важному перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им раньше пережитое. Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий. Они должны связать свою работу с мировой организацией всего человечества.

В. Вернадский. Философские мысли натуралиста

Мы увидели открывшийся перед нами путь в сентябре 1941 года – он вел нас к атомной бомбе…

В. Гейзенберг. Часть и целое

…Гейзенберг был настроен скверно. В нем боролись несовместимости: вера в благо «национального возрождения» и отвращение к расизму, вера в благо «прусской дисциплины» и любовь к научному свободомыслию. Заслуживший от нацистов кличку «белого еврея», он, однако, прослыть антифашистом в их глазах не хотел. Природа наделила его естественной человечностью, но социальное проявление ее грозило в новой Германии гибельными последствиями. А для самоотречения и борьбы он не годился. Он был истинным героем в научном познании, но душевная его отвага кончалась там, где понимание хода жизни начинало требовать отважного поведения. И он уже конструировал историко-психологическое оправдание своего послушного бытия: …он останется в Германия – не с Гитлером, а с родиной; он будет разумно послушным без старательности, – только в границах, обеспечивающих безопасность; он сохранит себя для тех времен, когда после поражения гитлеризма Германии понадобятся носители лучших традиций ее культуры; …и потом – он не может покинуть молодых физиков, доверившихся его попечению…

Д. Данин. Нильс Бор

Леденящий норд-ост принес осенью одного из самых страшных годов в истории человечества отголоски балтийских штормов, покрыв столицу Датского королевства клочьями ледяной пелены густого тумана, перемежающегося порывами ветра с зарядами мокрого снега. Далеко не все было спокойно и в самом Датском королевстве осенью сорок первого года… Полуторагодичная «щадящая» оккупация выродившихся потомков гордых викингов, сдавшихся без единого выстрела на милость победителя, уже во многих местах разорвала ширму насквозь лживых обещаний Третьего рейха. Уже вовсю свирепствовало гестапо, не так-то просто было попасть в соседнюю нейтральную Швецию, а на верфях и в рабочих кварталах все чаще появлялись патриотические листовки, выпущенные участниками коммунистического подполья…

В сгущающихся сумерках по засыпанным опавшей листвой аллеям карлсбергского парка медленно брели две фигуры. Сгущающаяся тьма частичной светомаскировки с редкими и горящими вполнакала фонарями, непривычная тишина, прерываемая лишь свистом ветра в оголенных ветках, – все это создавало какое-то безрадостное настроение, которое отзывалось тоской в душах собеседников.

– Что ни говори, Нильс, а все войны давали определенный импульс не только техническому, но и научному прогрессу. Конечно же, это никак не оправдывает ужасов взаимного истребления наций, но все же наводит на определенные размышления.

– Ты знаешь, Вернер, – второй собеседник ловко раскурил на ветру погасшую трубку, – иногда мне кажется, что друг моего отца – философ Хеффдинг был прав: каждый народ достоин своей судьбы, поскольку полностью осознает, куда несет его течение, или роковое совпадение обстоятельств…

– Осознает? – раздался саркастический смешок. – Ты знаешь, в нашей семье работает милая гувернантка, молодая, славная особа. Так вот, несколько месяцев назад, 22 июня, она вбежала в мой кабинет с возгласом: «Ах, герр профессор, теперь и русские напали на нашу землю!»…

– Ну и ты, надеюсь, открыл девушке глаза на истинное положение вещей!

– Эх, Нильс, как ты далек от того, что на самом деле происходит у нас в Германии! – горький вздох, больше походящий на стон, повис между собеседниками. – Конечно же, я оставил девушку в неведении, иначе бы сейчас беседовал не с тобой, а со следователем гестапо, – повисла гнетущая пауза, прерываемая только свистящими завываниями надвигающегося шторма. – Ты же прекрасно знаешь, Нильс, я никогда не был пронацистом и прекрасно осознаю, что Гитлер ведет себя просто как бандит с большой дороги, но ведь никто не может отрицать, что только сейчас Германия обрела прежнее величие и избавилась от позора Версальского мира.

– О чем ты говоришь, Вернер! Да разве я бы встретился с тобой, если бы не был уверен, что ты – просто жертва бесчеловечной системы вашего рейха?

– Ладно, Нильс, вспомни Марка Аврелия: «Все основано на убеждении; оно же зависит от тебя. Устрани поэтому, когда пожелаешь, убеждение – и, как моряк, обогнувший скалы, обретешь спокойствие, гладь и тихую пристань».

– Ну да, Вернер, только мне вспоминается еще одна сентенция этого философствующего императора, – трубка пыхнула в сумраке, осветив усмешку говорившего. – «Что бы ни случилось с тобой, оно определено тебе от века. Либо царит неминуемая судьба и непреодолимая закономерность, либо милостивое проведение, либо безличный слепой случай. Если царит неминуемая судьба, зачем ты стремишься противостоять ей? Если царит провидение, милость которого можно заслужить, будь достоин божественной помощи. Если же царит беспорядочный случай, то радуйся, что среди всеобщего хаоса имеешь руководителя в себе самом – свой дух».

Собеседники замолчали, вдумываясь в слова друг друга.

– Однако, Вернер, я все же никогда не поверю, что ты приехал только лишь для того, чтобы обменяться философскими изречениями…

– Да, Нильс, все правильно, я никак не мог заговорить о главном, ради чего приехал. Я не решался и все искал возможность остаться наедине. Я ведь не уверен, что у тебя в институте нет прослушивающих устройств местного отделения гестапо или даже что ты вообще не находишься под его негласным наблюдением… Итак, цель моего визита проста: я хочу сообщить тебе, что сейчас в принципе стало возможным создание атомных бомб…

– Вернер, но ведь это просто ужасно. Вспомни прикидочные расчеты энергии, содержащейся в атомах, которые сделал тот гениальный русский юноша – Ландау… А позже его друг, ты его тоже должен помнить, он сейчас в Принстоне – Гамов, рассчитал еще и поражающие факторы потоков радиации… Вернер, если теория верна, а ты знаешь, какие сильные теоретики Ландау и Гамов, то всего лишь несколько десятков таких бомб могут уничтожить все живое. По крайней мере, разумную жизнь уж точно, – было видно, как в волнении собеседник просыпал табак, набивая подряд (чего он обычно никогда не делал) вторую трубку…

Впрочем, и его редко курящий собеседник, тоже волнуясь, достал из кармана большую ценность военного времени – тщательно завернутую в пергамент настоящую гаванскую сигару. Друзья в молчании прикурили от большой американской зажигалки, и некоторое время слышались только тихое посвистывание трубки и легкое потрескивание сигары.

– Ты не зря вспомнил наших русских знакомых, – после небольшой заминки собеседник поправился, – друзей. Поверь мне, Нильс, рабочий проект бомбы пришел именно оттуда, – он ткнул в неопределенном направлении тлеющим огоньком сигары. – Его привез из Харькова (ты. конечно же, помнишь тот институт, где работал до ареста Ландау?) наш добрый знакомый Хоутерманс…

Дау (так все знакомые называли великого теоретика Льва Давидовича Ландау), похоже, – тут собеседник опять замялся и, раскуривая почти потухшую от сырости сигару, сделал паузу, – по крайней мере, мне так кажется, не принимал в этом активного участия. Тем не менее Хоутерманс привез вполне рабочую схему, и нам даже уже удалось построить действующий урановый котел…

– Просто не могу поверить, Вернер, откуда у Хоутерманса вдруг появилась такая информация, вернее, как могли харьковские физики додуматься до такого? И как, в свою очередь, вам удалось обойти все технические трудности?

– Видишь ли, Нильс, тут действительно не очень-то понятная и крайне запутанная история. Вот ты, к примеру, давно перечитывал уэллсовский «Освобожденный мир»?

– Признаться, Вернер, где-то после университета, точнее не скажу. Во время какого-то вояжа, мне еще запомнилось, что я размышлял под аккомпанемент волн.

– Ну вот, Нильс, а теперь вспомни бомбу непрерывного действия, описанную явно в несвойственном английскому романисту стилю, с массой технических подробностей. Подскажу, что во время работы над этим произведением Уэллс консультировался с одним американским изобретателем, незадолго до этого рассказавшем журналистам о собственном проекте «атомного оружия» …

– Ну, конечно же, как я не догадался, – обладатель трубки в досаде даже постучал ею по своему лбу. – Электрический вампир и строитель Радио-Сити[1] Никола Тесла!

– Вот именно, Нильс, вот именно… А теперь припомни эту темную и во многом непонятную историю с обменом и продажей идей, которую Тесла затеял после краха своего глобального проекта «Мировой системы». Именно тогда вокруг него кружили многие ведущие разведки мира, и, как утверждают вездесущие репортеры, несколько контактов с представителями Германии, Франции и России у него все же состоялось… В свою очередь, Хоутерманс утверждает, что Теслу очень интересовали некие разработки русских радиофизиков, а взамен он предоставил чертежи ряда своих устройств, включая планировку атомных боезапасов… которые, конечно же, попали в Харьков, ведь именно там русские впервые у себя расщепили атом.

– Да, Вернер, все это определенно похоже на правду… И что же мы сегодня можем сделать в сложившейся ситуации?

– Мне кажется, Нильс, надо исходить из того, что детали всей этой истории вокруг атомного оружия известны очень узкому кругу посвященных, и тут было бы крайне важно ознакомить заинтересованных лиц в Англии и Америке с информацией о том, что для реализации атомных проектов необходимы огромные материальные ресурсы и технические усилия. Поэтому мы и отложили дальнейшие работы. Так, физики могли бы аргументированно убедить свои правительства, что атомные бомбы появятся, вероятно, слишком поздно для использования в этой войне.

– А вы действительно приостановили работы? – порывы ветра с мокрым снегом внезапно прекратились, как будто где-то над просторами Северного моря гигантская стена тумана перекрыла поток леденящего бриза, и вопрос на некоторое время словно повис в воздухе. – Лично я не очень-то в этом уверен, потому что моя страна насильственно оккупирована германскими войсками. В таких условиях очень сложно допустить реальность взаимопонимания между физиками по обе стороны границ.

– Эх, Нильс, и ты тоже… Разве я не вижу, что политика Германии оставила нас, немцев, в полной изоляции? Я прекрасно осознаю, что война нанесла – искренне надеюсь, лишь на время – непоправимый ущерб даже нашей десятилетиями длившейся дружбе.

– Ладно уж, Вернер, не будем об этом, – в голосе собеседника слышалась нескрываемая грусть. – Время все расставит на свои места. Ты лучше честно и прямо ответь на мой трезвый вопрос: ты действительно думаешь, что деление урана могло бы быть использовано для конструирования оружия?

– Нильс, ты меня просто не слышишь… Я же и приехал к тебе, чтобы сообщить, какого громадного прогресса достигла Германия на пути к созданию атомного оружия.

– Тогда почему обо всем этом ты говоришь только сейчас, ведь Хоутерманс уже давно вернулся из Харькова?

Обладатель сигары сердито фыркнул:

– Нильс, я же вижу, что мои слова создают ложное впечатление. В этом случае, не обладая необходимыми фактами, что можно было бы предположить о дальнейшем ходе исследований? – в сгустившем мраке не было видно, но ему показалось, что собеседник лишь устало пожал плечами и тяжело вздохнул.

На этом беседа иссякла, и вскоре, молча пожав на прощание друг другу руки, темные фигуры двинулись в разные стороны. Великий датский физик Нильс Бор поспешил домой к волнующимся из-за его долгого отсутствия жене и сыновьям, а выдающийся немецкий теоретик Вернер Гейзенберг медленно пошел в отель, где на нетерпеливый вопрос своего ассистента Вейцзеккера сокрушенно покачал головой:

– Очевидно, Нильс предположил, что у меня было намерение сообщить ему, какого громадного прогресса достигла Германия на пути к созданию атомного оружия. Хотя я сразу же попытался исправить это ложное впечатление, мне, по-видимому, не удалось в полной мере завоевать доверие Бора, особенно потому, что я осмеливался говорить лишь с осторожностью (это явно было ошибкой с моей стороны), опасаясь, как бы та или иная фраза позднее не обернулась против меня…

Я был уверен, что его высказывания вслух обо мне будут переданы в Германию, и поэтому пытался вести этот разговор так, чтобы не подвергать свою жизнь прямой опасности. Я был очень подавлен конечным итогом нашей беседы.

Похоже, я вел себя не так, как надо…

Часть I

Атомы и люди

Можно думать, что в преступных руках радий станет очень опасным, и здесь уместно задать вопрос, заинтересовано ли человечество в дальнейшем раскрытии секретов природы, достаточно ли оно созрело для того, чтобы с пользой применить полученные знания, не могут ли они повлиять отрицательно на будущее человечества?

Нобелевская речь П. Кюри (1903)

Содержание науки можно постигать и анализировать, не вдаваясь в рассмотрение индивидуального развития ее создателей. Но при таком односторонне-объективном изложении отдельные шаги иногда могут казаться случайными удачами. Понимание того, как стали возможными и даже необходимыми эти шаги, достигается лишь в том случае, если проследить за умственным развитием отдельных людей, содействовавших выявлению направления этих шагов.

А. Эйнштейн. Физика и реальность

Для получения в больших количествах урана-235 и вскоре открытого плутония нужны были особые установки, создание которых требовало необычайно больших затрат денежных средств.

С этого момента речь шла уже об общественном влиянии открытия расщепления ядра и ядерной реакции: физика стала политикой. В случае наличия необходимых средств ничто не мешало использовать атомную энергию и для производства оружия, которое намного превосходило по своей разрушительной силе все ранее известные виды оружия. Дальнейшая судьба ядерных исследований определялась ходом политических событий.

Ф. Гернек. Пионеры атомного века. Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга

Таким образом, уран, торий и их соединения испускают беккерелевые лучи. Вещества, обладающие этим свойством, я назвала радиоактивными. С тех пор это имя стало общепринятым.

М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность

Мы… полагали, что то вещество, которое мы извлекли из смоляной руды, содержит какой-то металл, до сих пор еще не замеченный, по своим аналитическим свойствам близкий к висмуту. Если существование этого нового металла подтвердится, мы предлагаем назвать его полонием, по названию страны, из которой один из нас родом.

П. и М. Кюри. О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной руде

Превращения атома представляют для ученых чрезвычайный интерес, но мы не можем так контролировать атомную энергию, чтобы она имела практическую ценность, и я полагаю, что мы, очевидно, никогда не будем в состоянии сделать это.

Э. Резерфорд. Будущее науки

С открытием расщепления ядра и с пришедшим вслед за этим убеждением в возможности атомной цепной реакции эйнштейновская формула 1905 года E = mc2 – результат чистых фундаментальных исследований – внезапно приобрела неслыханно огромное практико-техническое значение. Не заставили себя ждать и непредвиденные социальные последствия этого открытия. По словам Макса Борна, формула Эйнштейна с открытием расщепления урана и цепной реакции стала «своего рода связующим звеном между физикой и политикой».

Ф. Гернек. Пионеры атомного века. Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга

Ядерная проблема требовала участия в общей работе многих выдающихся ученых (не говоря уже о грандиозных контингентах рядовых исследователей и технического персонала). Можно уверенно сказать, что из крупнейших современных физиков, игравших решающую роль в исследовании ядра и ядерных процессов, многие по своему дарованию не уступали таким великим ученым прошлого, как Ньютон, Фарадей, Максвелл, Галилей, а некоторые и превосходили этих людей, прославленных всемирной историей.

Не говоря уже о больших общих и принципиальных теоретических и экспериментальных проблемах универсального характера, многие даже сравнительно узкие задачи могли быть решены только очень одаренными, оригинально мыслящими учеными.

Ф. Кедров. Цепная реакция идей

Все большее количество ученых добивается международного контроля над атомными исследованиями. Другие считают такую систему невозможной при настоящем состоянии ядерной технологии. Некоторые ученые-атомники, разочарованные падением своего влияния в общественной жизни, замкнулись в лабораториях. Некоторые даже в еще большей степени интересуются делами внешнего мира. Что касается более молодых ученых, то многие из них смотрят на научную работу просто как на разновидность соревнования, не влекущую за собой каких-либо обязанностей.

Могут задать вопрос: «Как могло случиться, что ученые-атомники остались безразличными после Хиросимы и даже гордились своими достижениями?» Их современники, вероятно, ничего не знали о характере ядерной революции и неслыханных опасностях этого «квантового скачка» в технике.

Сознание новой ответственности в конечном счете оказало определенное воздействие и на самих ученых. В течение трех столетий ученые верили, что могут изолировать себя от мира, но теперь они стали рассматривать себя как часть этого мира. Ученый чувствует себя связанным условиями и ограничениями. Он осознал, что, подобно всякому другому, «является – по словам Бора, – как зрителем, так и актером в великой драме жизни».

Р. Юнг. Ярче тысячи солнц

Глава 1

Атомы Прометея электричества

Представим, что наши ученые решили загадку атома и сумели освободить его связанные силы. Представим, что тогда атом по нашей воле распадется. Что произойдет? Результат будет такой, какой сейчас мы не можем себе представить. Нетрудно рассчитать, что потенциальная энергия, которая содержится в одной монете, имеет силу, которая, если мы сумеем ее освободить, сможет передвинуть 50 нагруженных железнодорожных вагонов на расстояние в 600 миль.

Н. Тесла. Статьи и речи

Изучив за долгое время все научные данные более чем на половине десятка языков и не найдя ни малейших указаний на эту истину, я считаю себя ее первооткрывателем. Формулируется же она так: нет в материи иной энергии, помимо полученной ею из окружающей среды.

Я кратко упомянул об этом в 79-ю годовщину своего рождения, однако с тех пор я лучше понял смысл и значение своих открытий. Это полностью относится к молекулам и атомам, к величайшим небесным телам и ко всей материи во Вселенной в любой фазе ее существования от самого образования до конечной дезинтеграции.

Н. Тесла. Дневники

Престарелый изобретатель рассеянно слушал молодого журналиста Джона О’Нила, взволнованно мерявшего шагами апартаменты отеля New Yorker. Научный обозреватель газеты Sun и нескольких популярных журналов взволнованным и несколько напыщенным тоном зачитывал отрывки из своей новой статьи, посвященной прогрессу научных знаний:

– Несколько десятилетий назад окончательно рухнули два столпа классической науки – учение о пространстве и насчитывающий полуторатысячелетнюю историю примитивный атомизм. Его родоначальниками были античные философы Левкипп и Демокрит, а главным постулатом – идея о неделимости элементарных частиц, из которых состоят все окружающие предметы, – атомов, которые впоследствии были более подробно представлены в классической механике Галилея – Ньютона. Для нее характерно описание частиц путем задания их положения в пространстве и скоростей в зависимости этих величин от времени. Опыт показал, что такое описание не всегда справедливо, в частности, оно не применимо для микрочастиц.

При последних словах журналиста изобретатель пружинисто вскочил с кресла, в резком протестующем жесте выбросив руку, и тут же со стоном прижал ее к ребрам, только что зажившим после неудачного падения на скользкой мостовой прямо под колеса таксомотора. Смахнув невольную слезинку, предательски выкатившуюся из-под дрожавшего века, он решительно сделал несколько быстрых шажков к окну и, резко подняв фрамугу, высыпал на карниз горсть голубиного корма, коробка которого постоянно стояла на подоконнике. Захлопнув окно, изобретатель семенящей походкой вернулся к креслу и рухнул в него, как подкошенный, вытирая бисеринки выступившего от напряжения пота белоснежным платком. Швырнув его в мусорную корзинку, он тут же схватил высокий стакан горячего молока, изредка покачивая головой и бросая осуждающие взгляды на журналиста.

– Дорогой Джон, никогда не повторяйте чужие глупости! Что значит «оно не применимо для описания микрочастиц»? Законы природы едины везде во Вселенной. Где бы вы ни оказались – на чердаке или в подвале Мироздания, универсальное творение гения Ньютона – законы тяготения будут действовать слаженно и непреложно…

Во время этой тирады журналист так залился краской смущения, что стал напоминать свежеcваренного рака. Заикаясь от смущения, он несколько раз в самых вежливых выражениях извинился перед изобретателем, который только пренебрежительно фыркнул и кивком головы разрешил продолжить чтение.

– Квантовая механика делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую требованиям теории относительности. Впервые новая физика наступающего XX века заявила о себе в работе 1900 года немецкого физика Макса Планка, посвященной теории теплового излучения. Существовавшая в то время теория теплового излучения абсолютно черного тела приводила к катастрофическому противоречию. Чтобы его разрешить, Планк предположил, что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а определенными дискретными порциями энергии – квантами.

Из кресла отчетливо донесся язвительный смешок:

– Никто, конечно, не оспаривает вклад доктора Планка, однако, смею вас уверить, милый Джон, что вопрос о фундаментальных «атомах энергии» мы с моим другом Оливером Хевисайдом обсуждали немного, можно даже сказать, намного раньше… Еще в конце 80-х годов Оливер вычислил деформацию электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда, а также эффекты его вхождения в плотную среду. Все это и подготовило почву для выдвинутой им гипотезы о фундаментальных частицах энергии, особенно после того как он начал работать над концепцией электромагнитной массы. Оливер считал ее энергетические составляющие настолько же реальными, как и атомы обычной материи. Жаль, конечно, что мой друг был в очередной раз осмеян университетскими профессорами, и мы здесь в очередной раз видим, – из кресла поднялась изможденная рука с тонким длиннющим пальцем, направленным в потолок, – как предвзято относится академическая наука к независимым исследователям. Впрочем, весьма любопытно, что там у вас дальше, продолжайте…

Журналист, закончив лихорадочно записывать в блокноте сведения о сенсационной гипотезе «атомов энергии» Хевисайда, вернулся к своим листкам:

– После открытия Планка возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений надо было считать, что свет имеет волновую природу, для объяснения других – корпускулярную. Ситуацию усугубили исследования величайшего новозеландского физика-экспериментатора Эрнеста Резерфорда, который прославился своими исследованиями радиоактивности и фактически положил начало ядерной физике. Помимо своего огромного теоретического значения, его открытия легли в основу атомной энергетики. Резерфорд показал, что внутренняя структура атома состоит из массивного положительно заряженного центрального ядра и движущихся по орбитам вокруг него легких отрицательно заряженных электронов. Но по законам классической физики электроны в своем движении должны были бы излучать энергию и, потеряв ее, мгновенно падать на атомное ядро!

Не дослушав журналиста, изобретатель с сомнением пожевал губами и, неопределенно пожав плечами, бросил косой взгляд на его блокнот:

– Между прочим, первые свои трубки с откачанным воздухом я применил в качестве расщепляющего средства для атомных структур еще задолго до опытов Рентгена, открыв при этом действие всепроникающего Х-излучения. Я был занят сугубо изобретательскими задачами и принял как должное существование сверхжестких электромагнитных лучей, а когда прочитал статью Рентгена, тут же послал ему мои старые фотографии внутренней структуры живой и мертвой материи, – из кресла раздались сухие раскаты смеха. – По-моему, нашего германского физика едва не хватил удар! Во всяком случае, он еще долго слал мне письма и телеграммы, пытаясь узнать, как я на десятилетие раньше не только открыл, но и всячески использовал его лучи, – изобретатель опять довольно рассмеялся. – Скажу вам прямо, Джон, если бы я в те времена забросил все другие задачи и посвятил себя исключительно проблемам атомной физики, то мы бы сейчас имели уникальные энергетические установки, черпающие практически бесконечную энергию из глубин вещества.

– Конечно, – изобретатель глубоко вздохнул, – наверняка это привело бы и к созданию еще одного вида смертоносного оружия, наподобие описанного Гербертом Уэллсом в романе «Освобожденный мир», – изобретатель выбрался из кресла и, придерживая рукой бок с ноющими ребрами, с трудом дошел до книжной полки. Выбрав томик сочинений Уэллса, он опять расположился в кресле и, хитро поглядывая на журналиста, процитировал:

«Мы не только сможем использовать уран и торий; мы не только станем обладателями источника энергии настолько могучей, что человек сможет унести в горсти то количество вещества, которого будет достаточно, чтобы освещать город в течение года, уничтожить эскадру броненосцев или питать машины гигантского пассажирского парохода на всем его пути через Атлантический океан. Но мы, кроме того, обретем ключ, который позволит нам наконец ускорить процесс распада во всех других элементах, где он пока настолько медлителен, что даже самые точные наши инструменты не могут его уловить. Любой кусочек твердой материи стал бы резервуаром концентрированной силы»[2].

– И вы только представьте себе, Джон, эти слова настоящего провидца были написаны в 1912 году! Без ложной скромности скажу, что только я мог в то время подсказать все эти необычные идеи нашему замечательному английскому романисту, тем более что сам я к ним пришел за много лет до написания его книги. Но это еще далеко не все, вы только послушайте, как Уэллс описывает атомное оружие!

«…обеими руками он вынул большую атомную бомбу из ее гнезда и поставил на край ящика. Это был черный шар в два фута в диаметре. Между двух ручек находилась небольшая целлулоидная втулка, и, склонившись к ней, он, словно примеряясь, коснулся ее губами. Когда он прокусит ее, воздух проникнет в индуктор. Удостоверившись, что все в порядке, он высунул голову за борт аэроплана, рассчитывая скорость и расстояние от земли. Затем быстро нагнулся, прокусил втулку и бросил бомбу за борт… Полыхнуло ослепительное алое пламя, и бомба пошла вниз – крутящийся спиралью огненный столб в центре воздушного смерча…

Когда он снова поглядел вниз, его взору предстало нечто подобное кратеру небольшого вулкана. В саду перед императорским дворцом бил великолепный и зловещий огненный фонтан, выбрасывая из своих недр дым и пламя прямо вверх, туда, где в воздухе реял аэроплан; казалось, он бросал им обвинение. Они находились слишком высоко, чтобы различать фигуры людей или заметить действие взрыва на здание, пока фасад дворца не покачнулся и не начал оседать и рассыпаться, словно кусок сахара в кипятке»[3].

Радий представляет собой элемент, который разрушается и распадается. Но, быть может, все элементы претерпевают те же изменения, только с менее заметной скоростью. Это, несомненно, относится к урану, и к торию – веществу этой раскаленной газовой мантии, и к актинию. Я чувствую, что мы лишь начинаем длинный список. И нам уже известно, что атом, который прежде мы считали мельчайшей частицей вещества, твердой и непроницаемой, неделимой и… безжизненной… да, безжизненной!.. на самом деле является резервуаром огромной энергии. Вот каковы удивительные результаты этих исследований. Совсем недавно мы считали атом тем же, чем мы считаем кирпичи, – простейшим строительным материалом. Исходной формой материи, единообразной массой безжизненного вещества. И вдруг эти кирпичи оказываются сундуками, сундуками с сокровищами, сундуками, полными самой могучей энергии.

Г. Уэллс. Освобожденный мир

– Какая ужасающе правдивая и в то же время примитивная картина, – с болью в голосе проговорил изобретатель. – Когда-то я искренне верил, что мое умение получать чрезвычайно высокие напряжения очень пригодится для «расщепления атома». Даже сегодня ученые с трудом добиваются потенциала в миллионы вольт, тогда как я еще 40 лет назад оперировал в сотни раз бoльшими напряжениями. В начале 90-х годов прошлого века я наивно считал атомы своеобразными бильярдными шарами, закутанными в кокон силового поля. Затем я пришел к сложной модели, включающей ядро и последовательные слои силовых оболочек. Эта схема, которую мои ассистенты, – изобретатель улыбнулся, – называли «атомной луковицей», была несравненно удачнее последующей (она появилась через 15 лет!) картины атома Резерфорда – Бора, которые представляли, что он состоит из небольшого сложного ядра, окруженного вращающимися вокруг него электронами. Вообще говоря, – изобретатель презрительно хмыкнул, – считать электроны шарами, вращающимися вокруг ядра, так же глупо, как и представлять атом в виде неделимого шара, похожего на бильярдный. Такое его изображение было популярным в 80-е годы XIX столетия. И расщепленный атом Уэллса мне тоже напоминает подобный шар, только расколотый.

Изобретатель снова раскрыл книгу:

«Впервые за всю историю войн появился непрерывный продолжительный тип взрыва; в сущности, до середины двадцатого века все известные в то время взрывчатые вещества представляли собой легко горящие субстанции; их взрывные свойства определялись быстротой горения; действие же атомных бомб, которые наука послала на землю в описанную нами ночь, оставалось загадкой даже для тех, кто ими воспользовался. Атомные бомбы, находившиеся в распоряжении союзных держав, представляли собой куски чистого каролиния, покрытые снаружи слоем неокисляющегося вещества, с индуктором, заключенным в герметическую оболочку.

Целлулоидная втулка, помещавшаяся между ручками, за которые поднималась бомба, была устроена так, чтобы ее легко можно было прорвать и впустить воздух в индуктор, после чего он мгновенно становился активным и начинал возбуждать радиоактивность во внешнем слое каролиния. Это, в свою очередь, вызывало новую индукцию, и таким образом за несколько минут вся бомба превращалась в беспрерывный, непрекращающийся огненный взрыв…»[4]

Выражение восторженного изумления не сходило с лица журналиста все время, пока изобретатель цитировал Уэллса, описывающего чудовищные картины будущего. Видя, что его собеседник не может усидеть на месте от нетерпения, изобретатель легким кивком поощрил его дальнейшие вопросы.

– М-м-мистер Никола, – журналист даже слегка заикался от волнения, – вы же знаете, что я довольно искушенный литератор и очень люблю творчество Уэллса. Но только сейчас я понял, как прочитанное вами стилистически диссонирует с остальными фантастическими произведениями этого поистине великого писателя. Скажите, пожалуйста, мистер Никола, а нет ли и вашего здесь вклада?

– А вы, Джон, весьма проницательны, даже слишком, – изобретатель опять разразился каркающим смешком. – Похоже, что я сильно недооценивал журналистскую догадливость… Вы совершенно правы, все было именно так, и сейчас я уже не боюсь смутить мистера Уэллса, почивающего на лаврах где-то на заоблачном писательском Олимпе, но сначала дослушайте еще один фрагмент:

«До сих пор все ракеты и снаряды, какие только знала история войны, создавали, в сущности, один мгновенный взрыв; они взрывались, и в тот же миг все было кончено, и если в сфере действия их взрыва и летящих осколков не было ничего живого и никаких подлежащих разрушению ценностей, они оказывались потраченными зря. Но каролиний принадлежал к бета-группе элементов так называемого «заторможенного распада», открытых Хислопом, и, раз начавшись, процесс распада выделял гигантское количество энергии, и остановить его было невозможно. Из всех искусственных элементов Хислопа каролиний обладал самым большим зарядом радиоактивности и потому был особенно опасен в производстве и употреблении. И по сей день он остается наиболее активным источником атомного распада, известным на земле. Его период полураспада – согласно терминологии химиков первой половины двадцатого века – равен семнадцати дням; это значит, что на протяжении семнадцати дней он расходует половину того колоссального запаса энергии, который таится в его больших молекулах; в последующие семнадцать дней эманация сокращается наполовину, затем снова наполовину и так далее. Как все радиоактивные вещества, каролиний (несмотря на то, что каждые семнадцать дней его сила слабеет вдвое и, следовательно, неуклонно иссякает, приближаясь к бесконечно малым величинам) никогда не истощает своей энергии до конца, и по сей день поля сражений и области воздушных бомбардировок той сумасшедшей эпохи в истории человечества содержат в себе радиоактивные вещества и являются, таким образом, центрами вредных излучений…»[5]

– Итак, дело в том, дорогой Джон, что вскоре после выхода замечательнейшего романа «Первые люди на Луне» на меня обрушился град звонков, писем и телеграмм от заинтригованных писателей, просивших рассказать о моем способе межпланетной радиосвязи. Легко отослав их к своим публикациям в различных научных и научно-популярных журналах, я еще раз перечитал отрывок романа Уэллса, где он описывает некоего вымышленного ученого, построившего приемник межпланетных сигналов на основании схем – моих и… Маркони. Поняв, что читатели будут в очередной раз введены в глубокое заблуждение, я написал мистеру Уэллсу обширное послание, в котором подробно обрисовал положение с приоритетами и реальными вкладами русского гения Попова и вашего покорного слуги в открытие радио– и телерадиоуправляемых систем. Конечно же, мне пришлось осветить и неблаговидную роль нашего итальянского «коллеги», фактически укравшего идею беспроволочного телеграфа из опубликованных статей Попова и развившего ее при создании своих радиопередатчиков с помощью моих патентов и кропотливого труда десятков безвестных, но, несомненно, талантливых инженеров. Что тут ни говори, а вклад Маркони в радио – просто хитроумие беспринципного дельца, интеллектуального воришки и жулика, да и просто… безграмотного афериста. Хотя это совсем другая история…

Вскоре я получил от великого романиста ответ, в котором он приносил извинения за допущенные смысловые ошибки. К сожалению (и это я прекрасно понимал с самого начала), писатель не мог изменить текст, поскольку продал права на рукопись одному известному издательству, получил гонорар и уже полностью его потратил (образчик чисто английского юмора). Тем не менее Уэллс просил проконсультировать его по «атомному проекту» для следующего фантастического романа.

В самом начале нашего века (читателю следует помнить, что разговор происходит в конце 30-х годов прошлого столетия) выдающийся английский химик Фредерик Содди, работавший вместе с Резерфордом в Макгиллском университете в Монреале (Канада), опубликовал небольшую брошюру «Интерпретация радия». В ней он высказал ряд предположений о существовании еще неизвестных изотопов химических элементов. Большинство столпов науки того времени, – изобретатель презрительно поджал губы, – совершенно не восприняли эту гипотезу, называя ее необоснованной, голословной и фантастической. Но мысли Содди показались мне и моим друзьям, в круг которых всегда входили такие физики, как Фицджеральд, Хевисайд и Пуанкаре, довольно любопытными, тем более они произвели впечатление в моем пересказе на Уэллса. Вот так и получилось, что именно на основе гипотезы Содди в 1912 году Уэллс написал свой фантастический роман «Освобожденный мир».

Герой романа ученый Холстен в 1933 году, то есть через 20 лет после выхода в свет романа, открывает явление, подобное тому, которое было названо супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри искусственной радиоактивностью. Любопытно, что предсказание Уэллса совпало с датой действительного открытия этого явления. Холстен произвел «атомную дезинтеграцию» мельчайшей частицы висмута (термин «дезинтеграция» заимствован у Содди). При этом она взорвалась, превратившись в газ с исключительно «сильной радиоактивностью», который распался в течение семи дней. В противоположность супругам Жолио-Кюри Уэллс не выразил никаких предположений о возможностях мирного применения «атомной дезинтеграции» и весь роман построил на военном применении открытого Холстеном процесса. Уже тогда писатель высказал мысль о том, что среди искусственно созданных человеком радиоактивных изотопов некоторые будут обладать огромной взрывной силой. Мне эта идея показалась забавной и даже интересной в плане развития творческого воображения, и я немного пофантазировал на тему «перманентного атомного заряда». Я даже направил писателю вымышленное патентное описание этого ужасного оружия, правда, с категорическим условием полной анонимности.

Изобретатель опять раскрыл томик Уэллса.

– Вот послушайте, Джон:

«Когда целлулоидная втулка разрывалась, индуктор окислялся и становился активным. После этого в верхнем слое каролиния начинался распад. Этот распад не сразу, а постепенно проникал во внутренние слои бомбы. В первые секунды после начала взрыва бомба в основном еще продолжала оставаться инертным веществом, на поверхности которого происходил взрыв, – большим пассивным ядром в центре грохочущего пламени. Бомбы, сброшенные с аэропланов, падали на землю именно в этом состоянии; они достигали поверхности земли, все еще находясь в основном в твердом состоянии, и, плавя землю и камни, уходили в глубину. Затем, по мере того как все большее количество каролиния приобретало активность, бомба взрывалась, превращаясь в чудовищный котел огненной энергии, на дне которого быстро образовывалось нечто вроде небольшого беспрерывно действующего вулкана. Часть каролиния, не имевшая возможности рассеяться в воздухе, легко проникала в кипящий водоворот расплавленной почвы и перегретого пара, смешиваясь с ними и продолжая с яростной силой вызывать извержения, которые могли длиться годами, месяцами или неделями – в зависимости от размеров бомбы и условий, способствующих или препятствующих ее рассеиванию. Раз сброшенная бомба полностью выходила из-под власти человека, и действием ее нельзя было никак управлять, пока ее энергия не истощалась. Из кратера, образованного взрывом в том месте, куда проникла бомба, начинали вырываться раскаленные пары, взлетать высоко в воздух земля и камни, уже ядовитые, уже насыщенные каролинием, уже излучающие, в свою очередь, огненную, все испепеляющую энергию. Таково было величайшее достижение военной науки, ее триумф – невиданной силы взрыв, который должен был «решительно изменить» самую сущность войны»[6].

Установка, которая даст энергию порядка одной тысячи миллионов лошадиных сил, равная мощности ста Ниагарских водопадов, сотрясет Вселенную такими ударами, что очнутся от сладкой дремы самые сонливые электрики, где бы они не были – на Венере или на Марсе… Это не мечта, это – просто достижение научной электротехники, требующее только больших затрат, о слепой, малодушный мир!.. Человечество еще не достигло такой ступени развития, чтобы добровольно следовать за острым умом изобретателя.

Н. Тесла. Мировая система

– Как я мог этого не видеть? – в отчаянии хлопнул себя по лбу ладонью журналист. – В этом же заключается ваша главная идея «Мировой системы», только здесь она называется иначе: «перманентный атомный заряд», или «тактика перманентного сдерживания мировых войн в границах паритета атомных бомб».

– Отлично, Джон, просто отлично, вы понимаете меня как никто другой!

Тут самое время вспомнить еще один любопытнейший факт. Прочитайте-ка мне следующую часть вашего замечательного опуса. Признаться, мне он кажется довольно любопытным… А я пока приготовлю себе еще один стакан этого изумительного напитка – горячего молока с медом и корицей.

Журналист, с любопытством понаблюдав, как ловко изобретатель управляется с электрическим нагревателем в форме странной лампы-груши, внутрь которой помещался стакан с жидкостью, не удержался от вопроса:

– Мистер Никола, но как же происходит процесс нагревания, ведь я не вижу ни спиралей, ни других термоэлементов?

– Токи, Джон, вихревые токи электрического эфира, и больше ничего! Так я вас слушаю, мой юный друг…

Журналист недоверчиво хмыкнул, но не стал продолжать расспросы и перевернул следующий лист своей рукописи:

– Разрешить проблему атомного строения вещества удалось датскому физику Нильсу Бору, предположившему, что на субатомном уровне энергия испускается исключительно квантовыми порциями. Бор показал, что электрон может находиться не на произвольном удалении от атомного ядра, а лишь на ряде «разрешенных орбит». Находящиеся на них электроны не способны излучать электромагнитные волны произвольной интенсивности и частоты, поэтому они и удерживаются на более высокой орбите, подобно самолету в аэропорту отправления, когда аэропорт назначения закрыт по причине нелетной погоды. Однако электроны могут переходить на другую разрешенную орбиту. Как и большинство явлений в мире квантовой механики, этот процесс не так просто представить наглядно. Электрон просто исчезает с одной орбиты и материализуется на другой, не пересекая пространства между ними. Этот эффект назвали «квантовым прыжком», или «квантовым скачком». Суть такого явления во многом непонятна и сегодня, поэтому оно продолжает давать обильную пищу фантастам и журналистам.

– А вы знаете, Джон, что еще полвека назад электрон в качестве элементарной частицы для меня вполне реально существовал. Я воспринимал его как субатомную частицу, четвертое состояние материи, выделив из потока электричества задолго до сэра Уильяма Крукса. В моем тогдашнем представлении электрон не связывался ни с какой внутренней частью атома, а переносимый им электрический заряд как бы растекался по внешней оболочке атомарной структуры. Электричество для меня изначально было совершенно особой субстанцией, насыщенной разноименными зарядами, с собственными особыми свойствами, абсолютно независимыми от окружающей материи. Сам электрон тоже имел у меня сложное строение.

Электрический заряд покрывал эту элементарную частицу слоем за слоем, как листья капусты – кочан. Такие слои составляли интегральный единичный заряд, но сама природа межзарядных сил определялась именно процессами рассеивания зарядных компонент. Любопытно, но только сейчас, полвека спустя, я начал встречать похожие представления в некоторых совершенно заумных работах по теоретической физике. Впрочем, что там у вас следует дальше? – изобретатель нетерпеливо взмахнул рукой.

Журналист вздохнул, чувствуя, насколько позиция официальной науки все дальше расходится с мировоззрением его кумира, и перевернул очередную страницу.

– В атоме Бора электроны переходили вниз и вверх дискретными скачками – с одной разрешенной орбиты на другую, подобно тому, как мы поднимаемся и спускаемся по ступеням лестницы. Каждый скачок электронов обязательно сопровождается испусканием или поглощением кванта электромагнитного излучения – фотона. Со временем гипотеза Бора уступила место более сложной модели, учитывающей двойственную природу элементарных частиц. Сегодня электроны представляются нам не микроскопическими планетами, обращающимися вокруг атомного ядра, а волнами вероятности, плещущимися внутри своих орбит, подобно приливам и отливам в бассейне сложной формы.

В 1924 году французский физик Луи де Бройль, пытаясь найти объяснение для сформулированных в 1913 году Бором условий квантования атомных орбит, выдвинул гипотезу о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма. Согласно этой теории, каждой частице, независимо от ее природы, надо поставить в соответствие волну, длина которой связана с импульсом частицы. Де Бройлю удалось сформулировать соотношение, связывающее импульс квантовой частицы с длиной волны и позволяющее одновременно рассматривать микрообъект и как частицу, и как волну.

Модель де Бройля объяснила наличие разрешенных орбит Бора. Если считать электрон частицей, то, чтобы он оставался на своей орбите, у него должны быть одна и та же скорость или импульс на любом расстоянии от ядра. Если же считать электрон волной, то, чтобы он вписался в орбиту заданного радиуса, надо, чтобы длина окружности этой орбиты была равна целому числу длины его волны. Иными словами, окружность орбиты электрона может равняться только одной, двум, трем (и т. д.) длинам его волн.

– Да уж, намудрили эти принц датский с французским маркизом, намудрили, – осуждающе бормотал изобретатель, задумчиво рассматривая схему планетарной модели многоорбитального атома, переданную ему журналистом. Отложив чертеж, он на какое-то время погрузился в собственные размышления, а затем задумчиво произнес:

– С другой стороны, согласно современной теории, электрическая природа электрона, определяемая как его заряд, теми же теоретиками рассматривается как характерная особенность той энергии, что концентрируется вокруг точки под названием «электрон». В этом смысле элементарный электрический заряд предстает перед нами некоей частично локальной сущностью, привносящей свою долю энергии в атомарные образования, – посмотрев на изумленного журналиста, изобретатель с улыбкой добавил: – Впрочем, я думаю, что эти мои измышления еще долго никого не заинтересуют, давайте лучше вернемся к вашему обзору…

Журналист растерянно взглянул на изобретателя и, немного запинаясь, продолжил:

– На протяжении всей второй половины XIX века физики активно изучали феномен катодных лучей. Простейший аппарат, с помощью которого за ними наблюдали, представлял собой герметичную стеклянную трубку, заполненную разреженным газом. В нее с двух сторон было впаяно по электроду: катод, подключавшийся к отрицательному полюсу электрической батареи, и анод, подключавшийся к положительному полюсу. При подаче на электроды высокого напряжения разреженный газ в трубке начинал светиться. Это свечение ученые и приписали катодным лучам. Дискуссия об их природе сразу же приняла острый полемический характер. Большинство видных ученых придерживалось мнения, что катодные лучи представляют собой, подобно свету, волновые возмущения невидимого эфира. Другие же придерживались мнения, что они состоят из ионизированных молекул или атомов самого газа.

Осознавая, что сейчас он, похоже, весьма «удачно» наступил своему собеседнику на другую больную мозоль, журналист обреченно ждал разгромной критики, ведь, обсуждая статьи ученых по атомной физике и порицая современные теории, изобретатель называл их по меньшей мере несостоятельными, а содержащиеся в них утверждения – необоснованными. Особенно категоричен он был в вопросе об экспериментах, где отмечалось выделение атомами энергии. «Атомная энергия – это иллюзия», – часто говорил изобретатель. Он подготовил для печати несколько заявлений о том, что токами с напряжением в несколько миллионов вольт неоднократно расщеплял бесчисленные миллиарды атомов и знает, что никакая энергия при этом не выделялась. Как-то раз изобретатель довольно сурово потребовал от журналиста отчета за то, что он не опубликовал его заявления, на что тот попробовал возразить:

– Я не сделал этого, чтобы не портить вам репутацию. Вы придаете слишком большое значение последовательности, но нет никакой необходимости хранить верность тем теориям, которым вы следовали в юности. Я уверен, что в глубине души вы поддерживаете новые гипотезы, соответствующие научным достижениям в других областях, но, поскольку вы не согласны с некоторыми современными теориями и критикуете их, то считаете, что должны быть последовательным и осуждать гипотезы все без исключения. Я убежден, что во время разработки прибора для получения «луча смерти» ваши рассуждения соответствовали современной теории строения атома и природы материи и энергии.

В ответ на это заявление изобретатель совершенно недвусмысленно объяснил журналисту, что имеет очень четкую позицию относительно тех, кто пытается думать за него. Разговор между ними состоялся примерно в 1935 году, и потом Джон много месяцев не имел от него известий. Но уже при следующей встрече он заметил, что позиция изобретателя значительно смягчилась и в своих последних комментариях он стал гораздо менее категоричен в отношении современных теорий. А несколько позже изобретатель неожиданно заявил, что и сам планирует создать аппарат для точной проверки современной теории строения атома. При этом он как бы между прочим обронил замечание, что его новая энергосистема и энергетический луч будут гораздо эффективнее высвобождать атомную энергию, чем любое из используемых физиками устройств.

Может быть, для науки является счастливым обстоятельством то, что Фарадей не был собственно математиком, хотя он был в совершенстве знаком с понятиями пространства, времени и силы. Поэтому он не пытался углубляться в интересные, но чисто математические исследования, которых требовали его открытия. Он был далек от того, чтобы облечь свои результаты в математические формулы, либо в те, которые одобрялись современными ему математиками, либо в те, которые могли бы дать начало новым начинаниям. Благодаря этому он получил досуг, необходимый для работы, соответствующей его духовному направлению, смог согласовать идеи с открытыми им фактами и создать если не технический, то естественный язык для выражения своих результатов.

Д. Максвелл. «Трактат об электричестве и магнетизме»

– О чем вы задумались, Джон? Прошу вас, продолжайте, – прервал голос из кресла воспоминания журналиста. Тот поспешно зашуршал листками и, найдя нужный абзац, прочитал:

– У каждой стороны имелись веские доказательства в пользу своей гипотезы. Наконец в 1897 году молодой английский физик Джозеф Томсон положил конец этим спорам раз и навсегда, а заодно прославился в веках как первооткрыватель первой элементарной частицы – электрона. Используя трубку новой конструкции, Томсон выяснил, что соотношение между электрическим и магнитным полями, при котором их действие уравновешивается, зависит от скорости, с которой движутся частицы. Проведя ряд измерений, ученый смог определить скорость движения катодных лучей, которая оказалась значительно меньше скорости света, из чего следовало, что катодные лучи могут быть только частицами. Эти неизвестные частицы Томсон назвал «корпускулами», но вскоре они стали называться «электронами». Сразу же стало ясно, что они обязаны существовать в составе атомов – иначе откуда бы они взялись? 30 апреля 1897 года – дата доклада Томсоном о полученных им результатах на заседании Лондонского королевского общества – считается днем рождения электрона. И в этот день отошло в прошлое представление о «неделимости» атомов. Вместе с последовавшим через десять с небольшим лет открытием атомного ядра открытие электрона заложило основу современной модели атома.

– Ну что же вы, Джон, продолжайте, – иронично поглядывая на литератора из-под густых темных бровей, поторопил изобретатель.

Вздохнув, О’Нил вернулся к своему обзору:

– В 20-е годы, после введения первичных квантовых принципов, субатомный мир представлялся крайне простым. Всего два вида элементарных частиц – протоны и нейтроны – составляли ядро атома (хотя экспериментально существование нейтронов и было подтверждено лишь в 1930-е годы), и один вид частиц – электроны – существовал за его пределами, вращаясь вокруг него на орбитах. Казалось, все многообразие Вселенной выстроено из этих трех частиц.

Увы, столь простой картине мира суждено было просуществовать недолго. Ученые, оборудовав высокогорные лаборатории по всему миру, принялись за изучение состава космических лучей, бомбардирующих нашу планету, и вскоре начали открывать всевозможные частицы, не имеющие ни малейшего отношения к вышеописанной идиллической триаде. В частности, были обнаружены совершенно немыслимые по своей природе античастицы.

Мир античастиц – своего рода зеркальное отражение знакомого нам мира. Масса античастицы в точности равняется массе частицы, которой она вроде бы соответствует, но все ее остальные характеристики противоположны прообразу. Например, электрон несет отрицательный электрический заряд, а парная ему античастица, «позитрон» (производное от «позитивный электрон») – положительный. У протона заряд положительный, а у антипротона – отрицательный. И так далее. При взаимодействии частицы и парной ей античастицы происходит их взаимная аннигиляция – обе прекращают свое существование, а их масса преобразуется в энергию, которая рассеивается в пространстве в виде вспышки фотонов и прочих сверхлегких частиц.

Все следующие за позитроном античастицы были опытным путем обнаружены уже в лабораторных условиях – на ускорителях. Сегодня физики-экспериментаторы имеют возможность буквально штамповать их в нужных количествах для текущих опытов, и античастицы давно не считаются чем-то из ряда вон выходящим. В начале XX столетия стало ясно, что атомы отнюдь не являются элементарными «кирпичиками» материи, а сами имеют сложную структуру и состоят из еще более элементарных частиц – нейтронов и протонов, образующих атомные ядра, и электронов, которые эти ядра окружают. И снова усложненность на одном уровне, казалось бы, сменила простота на следующей стадии детализации строения вещества. Однако и эта кажущаяся простота продержалась недолго, поскольку ученые стали открывать все новые и новые элементарные частицы. Труднее всего было разобраться с многочисленными адронами – тяжелыми частицами, родственными нейтрону и протону, которые, как выяснилось, во множестве рождаются и тут же распадаются в ходе различных ядерных процессов.

– Видите ли, Джон, – изобретатель задумчиво перебирал листики с записями на своем рабочем столе, – я давно уже готов наконец присоединиться к тому мнению, что человек будет расщеплять, преобразовывать, создавать и разрушать атомы, манипулируя огромными количествами энергии. Его власть над атомами и энергией когда-нибудь обязательно приобретет космический размах, и человек получит возможность преображать окружающий мир в полном соответствии со своими желаниями. Однако, дорогой Джон, мне постоянно не дает покоя чувство, что страшный атомный джинн уже выпущен на волю, – склонив голову, изобретатель тихо пробормотал: И зачем я передал эти документы… – видя невысказанный вопрос в глазах журналиста, он решительно махнул рукой. – Даже не спрашивайте, Джон, об этом еще рано говорить. Давайте лучше обратимся к вашему обзору. Как там у вас сказано? – иссохшей рукой, покрытой желтоватой кожей с коричневыми пергаментными пятнами, изобретатель решительно взял листки рукописи журналиста:

– Микроскопические массы и размеры элементарных частиц обусловливают квантовую специфику их поведения: квантовые закономерности являются определяющими в поведении всех элементарных частиц. Их наиболее важное квантовое свойство – способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.

Электромагнитное взаимодействие отличается от других участием электромагнитного поля, которое (в квантовой физике – фотон) либо излучается, либо поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает связь ядер и электронов в атомах и молекулах вещества и тем самым определяет (на основе законов квантовой механики) возможность устойчивого состояния таких микросистем.

На протяжении последних веков ученые, интересующиеся строением Вселенной, искали базовые строительные блоки, из которых состоит материя, – самые простые и неделимые составляющие материального мира. Атомная теория раскрыла причину всего многообразия химических веществ, постулировав существование ограниченного набора атомов так называемых химических элементов и через различные их сочетания объяснив природу всех остальных веществ. Таким образом, от сложности и многообразия на внешнем уровне ученым удалось перейти к простоте и упорядоченности на элементарном уровне.

Увидев, что голова изобретателя, с трудом прочитавшего последнюю фразу, в старческой дреме обессилено склонилась к подушке кресла, известный научный обозреватель нью-йоркской прессы Джон О’Нил очень осторожно собрал листки своей рукописи в объемный портфель и, сняв ботинки, на цыпочках вышел из номера отеля, тихонько прикрыв мягко лязгнувший английский замок. Надев обувь, он со вздохом взглянул на дверь, за которой остался его кумир – выдающийся ученый Никола Тесла, и направился к гостиничному лифту…

Оставим здесь, читатель, гениального изобретателя, так и ушедшего в мир иной с твердым убеждением, что атомы материи формирует всепроникающая среда «мирового электрического эфира». Последуем за О’Нилом в его тесный редакционный кабинет, заваленный бумагами и гранками еще не вышедшего обширного научно-популярного обзора «Прометей электричества», и попробуем взглянуть на начало «атомного века» с еще одной точки зрения – выдающегося британского теоретика Оливера Хевисайда…

Эта следующая экскурсия в середину 20-х годов прошлого века необходима и для того, чтобы понять последующую логику нашего рассказа о крайне запутанных событиях, сопровождавших становление атомной науки и породивших столько тайн, загадок и открытий.

Глава 2

Атом Хевисайда

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наше жилище и мрак прорезает своими лучами,

Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света;

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя,

Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь.

Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно

Первоначала вещей в пустоте необъятной мятутся.

Тит Лукреций Кар. О природе вещей

Он родился в одной из лондонских трущоб, у него не было университетского образованиями, за исключением шести лет работы в телеграфной компании, он был безработным. Однако благодаря своему таланту и целеустремленности Оливер Хевисайд стал одним из ведущих физиков Викторианской эпохи. Он развил теорию электромагнитного поля Джеймса Клерка Максвелла, открыл принцип передачи сигналов на дальние расстояния, что позволило осуществить дальнюю телефонную связь, высказал идеи, предвосхитившие телевидение, радиосвязь и некоторые аспекты теории относительности Эйнштейна.

П. Нахин. Оливер Хевисайд

Торки, или Торквей, или Торкей, благодаря Гольфстриму является одним из самых теплых морских курортов на юго-западном побережье Англии в графстве Девон. Сегодня это протянувшийся вдоль всего берега залива Торбей (пролива Ла-Манш) современный город, который практически сросся с соседним городком Пэйнгтон, во многом, правда, подрастеряв свою былую привлекательность из-за суеты и многолюдья. Между тем в XIX и в первой половине XX века это было модное место отдыха, заслужившее за свой климат прозвище Английской Ривьеры. Здесь на нескольких десятках километров морского берега можно встретить сосны, кипарисы и даже пальмы, окружающие живописные деревни, зеленые поля, крутые холмы и множество красивейших бухт. Сам город Торки построен на семи холмах, с которых открываются грандиозные панорамные виды на главную бухту Канала, как называют Ла-Манш англичане, всегда заполненную лодками и парусами яхт.

Среди своих знаменитых сограждан местные жители, конечно же, назовут вам Агату Мэри Клариссу Маллоуэн, урожденную Миллер, известную во всем мире по фамилии своего первого мужа как Агата Кристи. Однако мало кто знает, что в первой четверти прошедшего столетия здесь закончил свой жизненный путь один из самых блестящих британских, да и, можно сказать, мировых мыслителей, во многом, как и его друзья Никола Тесла и Джордж Фрэнсис Фицджеральд, опередивший свое время. Это был Оливер Хевисайд (1850–1925) – крупнейший математик и физик-теоретик конца позапрошлого и начала прошлого века.

Теплое дыхание Гольфстрима делает морские местечки южной Англии практически круглогодичными курортами, в которых зимние температуры редко опускаются ниже пяти-семи градусов Цельсия. Тем не менее изнеженные мягким климатом местные жители рано начинают отопительный сезон, вовсю пользуясь газом и углем. Может быть, поэтому отключение газовой компанией отопления за долги человеку, страдающему, как и великий французский математик Фурье, редкой формой аномальной чувствительности к низким температурам, было для него настоящей жизненной трагедией.

В большом доме, называемом Хоумфилд, с восхитительным видом на залив Канала под новый 1925 год под грудой старого тряпья замерзал голодный, глухой старик. Газовое отопление давным-давно было отключено за долги, денег на уголь не стало еще раньше, а сейчас иссохшее тело покидали последнее силы, которых не хватало даже на то, чтобы разбить на дрова какую-нибудь мебель. Дом был давно заложен и перезаложен, нищенской пенсии хватало только на жизнь впроголодь, а книги, автором которых был хозяин дома, не продавались. Чтобы хоть как-то согреться, старик укрылся большим ворохом всяческих одеял, покрывал и пальто, но предательская дрожь, как и застарелый ревматизм, не отпускали скрюченное тело. В эти последние дни бренного существования его разум продолжал бороться, оставаясь ясным и острым аналитическим инструментом анализа окружающей действительности. Когда немного утихала зябкая дрожь и подагра отступала, из груды тряпья появлялась иссохшая старческая рука, обтянутая пергаментной кожей, и начинала на ощупь перебирать кипу бумаг на странном сооружении у изголовья. Несколько кирпичей поддерживали осколок мраморной плиты от туалетного столика. Впрочем, в комнате подобные конструкции встречались часто, ведь все, что могло гореть, сгорело, поддерживая в старике последнюю искру жизни.

Выбрав из пачки писем листок, рука подносила его к изголовью, и из-под покрывал появлялась растрепанная седая шевелюра. Поднеся страницу к самым выцветшим глазам, старик начинал читать, беззвучно перебирая синеватыми тонкими губами. Письмо было давнее, от безвременно ушедшего друга и единомышленника Германа Герца.

Календарные даты редко совпадают с реальными историческими событиями, поэтому и начало «атомного» XX века историки науки связывают с самыми разными открытиями, преимущественно произошедшими в XIX столетии – «веке пара и электричества». В чем-то исследователи становления атомной науки, безусловно, правы, и первые проблески будущей теории элементарных частиц и сил можно найти еще у гениального Максвелла в его «Трактате об электричестве и магнетизме»[7]. Именно там впервые появились два десятка уравнений с 12 переменными, которые впоследствии Оливер Хевисайд свел к четырем с векторами электрического и магнитного полей. Независимо от него это проделал и выдающийся немецкий физик Герман Рудольф Герц.

…Со времен Юнга и Френеля мы знаем, что свет – это волновое движение… Сомневаться в этих фактах больше невозможно; опровергать эти взгляды непостижимо для физика. С точки зрения рода человеческого волновая теория является очевидностью…

Г. Герц. Исследования о распространении электрической силы

В течение ряда лет уравнения электродинамики в новой форме назывались уравнениями Герца – Хевисайда, однако позже А. Эйнштейн по каким-то своим соображениям переименовал их в своих работах в уравнения Максвелла – Герца. Сегодня они присутствуют во всех школьных учебниках просто как «уравнения Максвелла», что, конечно же, не совсем справедливо по отношению к Хевисайду и Герцу. Итак, именно на системе этих поистине великих уравнений Максвелла – Хевисайда – Герца и построен весь мир окружающих нас электромагнитных явлений, на основе которых работает вся электротехника: от динамо-машин переменного тока до телефона и беспроводного телеграфа, включая и самосветящиеся газовые лампы Теслы.

…Некоторое время старик внимательно вглядывался в выцветшие чернильные строчки и ряды формул. Казалось, далекие воспоминания о выигранной интеллектуальной гонке чем-то подбодрили его и даже немного согрели стынущую в жилах кровь. Поправив гору подушек, он откинулся на них и разразился приступом хриплого кашля. Вытерев бисеринки выступившего пота, старик кряхтя дотянулся до стоявшего у изголовья странного сооружения из покрытых старыми газетами нескольких кирпичей, которое заменяло ему изрубленные на дрова журнальный столик и тумбочки. Зажав в ослабевших руках большую кружку с холодным чаем, еще третьего дня заваренным в помятом медном чайнике, который старик вскипятил на щепках от разбитого ящика, он сделал несколько жадных глотков и опять откинулся на подушки. Все же в сотый раз прочитанное изменило настроение старика и, поджав в неком подобии саркастической улыбки бескровные губы, он порывистым движением достал еще одно письмо, на этот раз пришедшее из-за океана от великого изобретателя… Бережно разгладив листок, испещренный какими-то схемами и чертежами, старик начал внимательно вглядываться слезящимися глазами в дрожащие строчки, одновременно вспоминая такие яркие события из мира науки… канувшие в Лету.

Конец XIX века ознаменовался для исследователей, вооруженных теорией электромагнетизма Максвелла, горячим интересом к процессам прохождения электричества через газы. Большое значение тут имело лекционное турне Теслы по Европе. В ходе этого первого выхода в свет на заседаниях ведущих физических обществ, в том числе Британского королевского, изобретатель демонстрировал самые различные конструкции вакуумированных и газонаполненных баллонов с электродами. Его прообразы последующих «электронных ламп» намного опередили свое время, хотя еще Фарадей серьезно изучал подобные явления. Так, выдающийся экспериментатор сумел выделить самые разнообразные формы разряда, открыв при этом «фарадеево темное пространство», отделяющее синеватое, катодное свечение от розоватого, анодного. Природа катодного свечения очень занимала Фарадея, но он был вынужден ограничиться самыми общими рассуждениями «о яростном столкновении мельчайших частичек материи, возможно, связанных с неделимыми атомами в древнегреческой традиции деления вещества».

Дальнейшие опыты с высокоразреженными газами показали, что давление внутри колб существенно влияет на характер свечения. Этому предшествовали исследования немецкого экспериментатора Генриха Гейсслера, который сумел получить довольно высоковакуумированные колбы, названные «гейслеровыми трубками». Немецкий физик Юлиус Плюккер, экспериментируя с такими трубками, снабженными электродами, заметил, что при определенном напряжении вокруг катода возникает некое зеленоватое свечение. Плюккер также выяснил, что если к колбе поднести достаточно сильный магнит, то свечение начинает отталкиваться от одного полюса, соответственно притягиваясь к другому. Все это прямо указывало на электрическую природу явления. Вскоре стало очевидным, что нечто связанное со свечением перемещается в пространстве между анодом и катодом. Этим феноменом занялись ученик Плюккера, немецкий физик и химик Иоганн Вильгельм Гитторф, и английский физик Уильям Крукс, независимо друг от друга продемонстрировавшие, что при помещении в гейсслерову трубку некого предмета на стекле тут же появляется его тень. В 1876 году в обиход физиков вошел термин «катодные лучи», упомянутый в публикациях германского ученого Эугена Гольдштейна, посвятившего долгие годы тщательному изучению этого таинственного явления.

Через три года Крукс подтвердил материальную природу катодных лучей, посчитав их некой разновидностью «лучистой материи» как вещества, находящегося в особом, четвертом состоянии. Для подтверждения он на основе гейсслеровых трубок создал специальный электровакуумный прибор, названный «трубкой Крукса» и представляющий собой герметичную колбу, заполненную разреженным газом. С двух сторон в трубку Крукса было впаяно по электроду: с одной стороны – катод, подключавшийся к отрицательному полюсу электрической батареи, а с другой – анод, подключавшийся к положительному полюсу. При подаче на электроды высокого напряжения разреженный газ в трубке начинал светиться под воздействием катодных лучей.

Между тем эксперименты по электрическому воздействию на катодные лучи выглядели совсем неубедительно, так что даже такой блестящий экспериментатор, как Герц, не выявил их отклонения, придя к выводу, что катодное излучение представляет собой некий «эфирный колебательный процесс». В начале 90-х годов ассистент Герца Филлип Эдуард Антон фон Ленард, продолжая серию экспериментов своего учителя, наглядно продемонстрировал, что катодные лучи могут легко преодолевать тонкие экраны из металлической фольги. Сам Герц посвятил этому необычному явлению свою последнюю публикацию 1892 года. Лейтмотивом этой замечательной во всех отношениях работы служили слова: «Катодные лучи отличаются от света существенным образом в отношении способности проникать через твердые тела»[8]. Рассматривая далее результаты проникновения катодного излучения через платиновые, золотые, серебряные и алюминиевые экраны, Герц отмечал, что единую природу явления подтверждает одно и то же дифракционное рассеивание катодных лучей.

…Старик откинулся на подушки и залился мелким смехом, тут же перешедшем в сухой кашель. Вытерев выступивший пот, он окончательно выбрался из-под вороха разноцветных покрывал и, сунув ноги в толстые войлочные туфли, проковылял к глубокому креслу-качалке. По пути он подхватил стопку бумаг с «журнального столика» и перебросил их на похожее кирпичное сооружение у камина, игравшее роль письменного стола. Покачавшись в кресле, старик набросил на колени толстый шотландский плед и привычным движением поворошил каминными щипцами холодные угли.

Неожиданно раздалось жужжание, сопровождаемое скрежетом и гулкими ударами часов. С восьмым ударом пронзительно заскрипели несмазанные петли входной двери, и в комнату вошел, аккуратно стряхивая с плаща и шляпы капли дождя, моложавый человек с объемистой дорожной сумкой в руках. Мистер Три был управляющим делами Института инженеров-электриков и, судя по всему, хорошо знал хозяина этой «неистощимой пещеры», как называли Хоумфилд в письмах оксфордские физики, имея в виду его неистощимого на идеи и выдумки владельца.

На лице гостя явно читалось желание сообщить какую-то приятную новость, но старик неожиданно упруго подскочил с раскачивающегося кресла и, коротко кивнув гостю в знак приветствия, принялся с жаром рассказывать давнюю историю о том, как его заокеанский друг по переписке Никола Тесла еще в начале 90-х годов открыл проникающее действие Х-излучения. Впоследствии выяснилось, что именно электронные лампы Теслы сыграли большую, если не определяющую роль в исследовании природы Х-лучей, которые стали грандиозной сенсацией конца позапрошлого века, поражая всех своими удивительными способностями проникать сквозь непрозрачные предметы.

Тесла много экспериментировал с Х-лучами и предложил использовать их для изучения предметов, не видимых глазом. Когда в конце 1895 года Вильгельм Рентген обнаружил эти лучи и в начале 1896 года опубликовал результаты своих наблюдений в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества, Тесла немедленно откликнулся на это сообщение. В апреле 1896 года он выпустил первую из десяти статей, указав на возможность применения Х-лучей для обнаружения и лечения опухолей и воспалений. В других статьях этой серии Тесла подробно остановился на различных случаях будущего использования рентгеновских лучей, на технике работы с ними и на мерах предосторожности при обращении с трубками Рентгена и Ленарда.

Сам Рентген провел вторую серию своих знаменитых опытов, пользуясь для получения токов высокого напряжения резонансным трансформатором Теслы. Между исследователями завязалась переписка, продолжавшаяся до 1901 года. В одном из последних сохранившихся писем Рентген писал:

«…Вы крайне удивили меня прекрасными фотографиями чудесных разрядов, и я очень благодарен Вам за них. Если бы мне только знать, как Вы достигаете таких вещей! С выражением глубокого уважения остаюсь… 20 июля 1901 года»[9].

– Это, мистер Три, была бесподобная шутка! Тесла давно уже забросил свои опыты, выжав из них все что можно, и тут появляется статья нашего немецкого друга. Никола тут же собрал целую кучу «проскопических» фотографий и отослал их с краткими комментариями в Германию. Причем там не было ни одного слова о приоритете открытия, представляете, мистер Три, ни слова о том, ради чего иные ученые всю жизнь обливают друг друга грязью! А вот что пишут об этом всякие современные писаки, – старческая рука подхватила полураскрытый томик, и хозяин «неистощимой пещеры», Хоумфилда, стал читать язвительным тоном, парадируя оксфордских менторов:

Ко времени открытия Рентгену было 50 лет, он вел размеренную жизнь немецкого профессора, отличался строгостью суждений и независимостью взглядов. Он был учеником Рудольфа Клаузиуса, а также известного немецкого физика-экспериментатора Августа Адольфа Кундта, школу которого прошли также знаменитые русские физики Петр Николаевич Лебедев и Борис Борисович Голицын. К 1859 г. Рентген был автором 50 научных работ, а его экспериментальный талант был общепризнан в среде профессионалов.

Л. И. Пономарев. Под знаком кванта

– В 1895 году с трубками Крукса – Ленарда начал экспериментировать профессор Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген. Однажды по окончании опыта, закрыв трубку чехлом из черного картона и погасив свет, но еще не выключив питающий ее индуктор, он заметил свечение находящегося вблизи нее экрана из синеродистого бария. Удивленный этим обстоятельством, Рентген начал экспериментировать с самыми разными экранами. Открытие рентгеновских лучей произошло 8 ноября 1895 года. Более полутора месяцев ученый тщательно исследовал неведомые лучи. Ему удалось установить, что они возникают там, где стенки трубки сильно флюоресцируют под ударами катодных лучей. Рентген подробно рассказал о своих первых опытах в статье «О новом роде лучей», датированной 28 декабря 1895 года, где писал:

«Кусок бумаги, покрытой платиносинеродистым барием, при приближении к трубке, закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из тонкого черного картона, при каждом разряде вспыхивает ярким светом: начинает флюоресцировать. Флюоресценция видна при достаточном затемнении и не зависит от того, подносить ли бумагу стороной, покрытой или не покрытой платиносинеродистым барием, флюоресценция заметна еще на расстоянии двух метров от трубки». Тщательное исследование показало Рентгену, «что черный картон, не прозрачный ни для видимых и ультрафиолетовых лучей солнца, ни для лучей электрической дуги, пронизывается каким-то агентом, вызывающим энергичную флюоресценцию»[10].

Исследуя проникающую способность открытого излучения, названного для краткости «Х-лучами», Рентген достоверно выяснил, что они свободно проходят через металлическую фольгу, бумагу, эбонит (обожженный каучук) и дерево, но сильно задерживаются тяжелыми металлами, такими как свинец. Вскоре последовал и сенсационный опыт, сделавший Х-лучи по-настоящему знаменитыми во всем мире: «Если держать между разрядной трубкой и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях тени самой руки»[11].

Первые рентгеноскопические снимки человеческого тела произвели очень большое впечатление на врачей-диагностов, породив новую отрасль медицины – рентгенодиагностику. Уже во время первых экспериментов Рентген твердо установил, что открытые им «…Х-лучи не идентичны с катодными лучами, но возбуждаются ими в стеклянных стенках разрядной трубки»[12], они не несут заряда и не отклоняются магнитным полем.

…Старик возмущенно отбросил книгу и стал смешно ковылять по комнате на скрюченных подагрой ногах.

– И это еще не все, мистер Три, далеко не все! Сегодня многие почему-то забыли, что, анализируя природу открытого им излучения, Рентген исходил из ложной гипотезы Герца – Ленарда, по которой катодные лучи, – тут старик издевательски воздел вверх палец в нитяной перчатке, – «есть некое явление, происходящее в мировом светоносном эфире».

Однако ему так и не удалось обнаружить волновые свойства лучей, поскольку в опытах выяснилось, что они, – тут хозяин «неистощимой пещеры» просеменил к кирпичному «письменному столу» и, найдя нужную страницу, сардонически прокаркал: Ведут себя иначе, чем известные до сих пор ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные лучи»[13]. А ведь, мистер Три, обо всем этом Никола говорил мне, причем упоминал между прочим, за три года до того, как открытие нашего германского профессора вызвало огромный интерес в научном мире и его эксперименты были продублированы во многих лабораториях.

…Это лаборатория Вильгельма Конрада Рентгена (1845–1923) в Вюрцбургском университете. В канун рождества 1895 г.…в этой комнате впервые удалось заглянуть в глубь атома…

Глядя на эту фотографию, трудно поверить, что бесстрастная логика исследований всего через 50 лет неумолимо приведет из этого кабинета на полигон в пустыне Аламогордо и на пепелище Хиросимы и Нагасаки. Не мог этого знать и Нобелевский комитет Шведской академии наук, но все же именно Рентгена он избрал в 1901 г. первым лауреатом Нобелевской премии. Будущее подтвердило правильность его выбора: именно с работы Рентгена началась цепь блистательных открытий, которую Резерфорд назвал героическим периодом в истории физики, плоды которого мы сейчас пожинаем.

Л. Пономарев. Под знаком кванта

Между тем гость отнюдь не сидел без дела. Втащив с собой еще и большую вязанку дров с кулем угля, он тут же развел огонь в камине и заварил в большом фарфоровом чайнике полпачки отличного «Липтона». Все так же слушая разошедшегося не на шутку хозяина, мистер Три разыскал на кирпичной полке две выщербленные фарфоровые чашки и, ловко вскрыв большую банку сгущенного молока, приготовил божественный напиток, – по крайней мере, так его назвал после первых глотков хозяин «неистощимой пещеры».

На очередную кирпичную конструкцию под названием «обеденный стол» был расстелен старый номер газеты Times. На нем расположилась горка принесенных гостем бисквитов, к которым хозяин добавил пару банок джема разных сортов. Прихлебывая мелкими аккуратными глотками крепчайший чай, сдобренный изрядной порцией сгущенного молока, и с наслаждением поглощая сдобу, старик продолжал свой рассказ, сопровождая его жестикуляцией рукой с надкусанным бисквитом.

– Видите ли, милейший Три, – тональность речей хозяина в процессе чаепития явно смягчилась, – история науки глубоко диалектична в своей основе и напоминает спираль, – бисквит прочертил несколько оборотов, означающих данную геометрическую фигуру. – Эту загадку исторической науки современные служители Клио решить просто не в силах, – старик возмущенно фыркнул. – Ведь что это за наука, в которой нет экспериментальной части исследований! Между тем, дорогой Три, вернемся к нашим баранам. Мысль о внутренней структуре атома, конечно, не столь уж и необычна, хотя на фоне глупостей из учебников о «единой и неделимой всеобщей частице вещества» еще тогда, в начале 90-х, выглядела достаточно новой. Поэтому, когда кембриджский профессор Джи-Джи (Джозеф Джон Томсон) 30 апреля 1897 года доложил на очередном заседании Королевского общества об открытии неких «корпускул», составляющих катодные лучи, я мгновенно понял, что это и есть отрицательная компонента атомарных структур, ныне называемая электронами. – При этих словах брови гостя удивленно поползли вверх и он, не выдержав, попытался что-то вставить в поток красноречия хозяина Хоумфилда:

– Однако, дорогой Оливер, не хотите ли вы сказать…

– А почему бы и нет, милейший Три? – казалось, глубокое изумление гостя весьма позабавило старика. Налив себе еще одну порцию черного, как деготь, чая, он не спеша влил в него несколько столовых ложек сгущенного молока и, ловко подхватив очередной бисквит, хитро прищурился: Дело в том, дорогой Три, что свою модель «луковичного атома» я сконструировал за десятилетие до дурацкого «пудинга» Джи-Джи… И сконструировал на основе опытных данных! – видя, что его гость не в силах больше сдерживать эмоции, вот-вот готов вскочить из-за «обеденного стола», хозяин успокаивающе поднял вверх ладонь.

Исследования, которые привели к открытию электрона, начались с попыток объяснения расхождения поведения катодных лучей под действием магнитных и электрических сил.

Д. Томсон. Прохождение электричества через газы

– Спокойствие милейший Три, только спокойствие! Все дело в том, что как-то я получил письмо из Америки от тогда лично мне совершенно неизвестного изобретателя-электротехника Николы Теслы. Он выразил мне всяческую поддержку в споре с этим лжеученым Присом (Уильям Прис был техническим экспертом Главного почтового управления Великобритании) и в конце рассказал о своих опытах по применению ионизирующего действия Х-лучей для изучения прохождения электричества через газы. Оказывается, Тесла еще в те годы в совершенстве освоил мастерство стеклодува и создал множество вакуумированных трубок собственной конструкции. Помещая эти трубки с электродами между полюсами сильных магнитов и обкладок мощных конденсаторов, мой американский знакомый выяснил, что соотношение между электрическим и магнитным полями, при котором их действие уравновешивается, зависит от скорости движения неких отрицательно заряженных частиц, составляющих катодные лучи.

И тут мне сразу же стало ясно, что электроны должны располагаться где-то в составе атомов и что представление об их «абсолютной неделимости» следует выбросить на свалку истории. Разумеется, я еще не мог сделать из этого какие-либо практические выводы, но вспомните, дорогой Три, что приблизительно в этот же период велись еще и опыты по радиоактивности…

Между тем мой друг Джи-Джи после переоткрытия Х-лучей Рентгеном организовал бурную экспериментальную деятельность в данном направлении и в 1903 году издал свою известную монографию «Прохождение электричества через газы». Вот так и были «открыты» электроны, представление о которых в виде «корпускулярных составляющих электроэфирной консистенции» уже много лет использовал Тесла.

Ну а теперь, мой дорогой Три, позвольте представить вам вещественные доказательства сказанного, – старик просеменил к «письменному столу», и покопавшись в ворохе бумаг, достал пару помятых листков. – Вот это, – передал он один из них гостю, – схема ранних экспериментов с катодными лучами Теслы. А здесь я вам прочту комментарии моего друга, полученные после того, как Джи-Джи доложил о своих результатах в Королевском обществе:

Моей главной целью было указать на новые феномены или черты явлений, распространяя идеи, которые, я надеюсь, будут служить отправными точками для новых исследований.

Н. Тесла. Статьи и речи

«Действие магнитного поля на катодные лучи было обнаружено многими исследователями, однако в отношении действия электрического поля всегда существовали определенные разногласия. Одни авторы утверждали, что они наблюдали действие электрического поля на катодные лучи, другие отрицали это. Еще в начале девяностых годов мне удалось показать, что это расхождение обусловлено низкой техникой откачки газа. Остатки ионизированного газа нейтрализуют влияние внешнего электрического поля. Когда я усовершенствовал технику откачки, то тут же получил заметные отклонения катодного пучка электрическим полем…»[14]

Усовершенствованная катодно-лучевая трубка, конструкция Томсона, включала электрические катушки-соленоиды, создававшие внутри трубки направленное магнитное поле, и несколько параллельных пластин электрических конденсаторов, образующих внутри трубки электрическое поле. Подвергая катодный пучок действию электрического и магнитного полей, Томсон получил возможность определить отношение заряда к массе для катодных лучей. Оно оказалось независимым от природы газа в трубке и в тысячу раз большим, чем подобное отношение для ионов водорода, полученное из законов электролиза. Соответственно, и при равенстве зарядов катодных частиц и ионов водорода масса катодной корпускулы оказывалась в тысячу раз меньше массы атома водорода как самого легкого атома. В последующих экспериментах исследовалось отношение заряда к массе для частиц, вырываемых ультрафиолетовым светом, и для частиц, испускаемых накаленным катодом.

– Дорогой Оливер, – в отчаянии вскричал гость, – а как же все это? – его руки простерлись к каминной полке с собранием ежегодных трудов Королевского общества. – Ведь общепризнанно, что именно профессор Томпсон доказал, что порядок отношения заряда к массе универсален вне всякой зависимости от природы катодных лучей. И также общепризнанно, что именно он первым назвал эти мельчайшие частицы вещества корпускулами электричества, для которых в 1891 году наш видный соотечественник Джордж Джонсон Стони придумал название «электроны» …

– Ну что вы, право, дорогой Три, – казалось, что хозяин Хоумфилда откусил половину лимона, – ведь я же ясно вам говорю, что мы с мистером Теслой обсуждали модели, где электроны являются составными частями атомов всех веществ, за много лет до того, как ваш ирландский профессор произнес само слово «электрон». К тому же, – старик недоуменно пожал плечами, – сам Джи-Джи построил довольно несуразную электромагнитную модель атома, предположив, что, наподобие изюма в пудинге, отрицательно заряженные корпускулы-электроны располагаются определенным образом внутри положительно заряженной сферы. А у вашего покорного слуги с самого начала возникла куда более реальная схема оболочечного строения атома, напоминающего кочан капусты, в котором орбиты электронов заметают последовательность «листов», а внутри находится очень компактная ядерная «кочерыжка». Причем скорость движения электронов в моей модели была близка к скорости света, а «оболочечное» распределение определялось волновыми законами. Ну чем это хуже наисовременнейших моделей «атома Резерфорда – Бора»? – последнюю фразу хозяин «неистощимой пещеры» сопроводил взрывом саркастического смеха.

– Знаете, что, дорогой Оливер, – гость просто задыхался от возмущения, – должен же быть предел вашим критическим замечаниям! Ведь методы мистера Томсона имеют фундаментальное значение и лежат в основе устройства всех современных электронно-лучевых трубок, первые модели которых были построены в Кембридже еще самим Джи-Джи. И все современные ученые считают, что мистер Томпсон не только заложил основы электронной оптики, но и первым создал прообразы электронных ламп, продемонстрировав, как надо ускорять и регулировать потоки мельчайших частиц электричества. Если хотите, дорогой Оливер, мистер Томсон впервые научил физиков управлять электронами! В этом его основная заслуга, за которую, а точнее, за его исследование прохождения электричества через газы, ему в 1906 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

– Дорогой Три, – хозяин «неистощимой пещеры» неожиданно успокоился и, схватив очередную кружку крепчайшего чайного напитка, стал раскачиваться в кресле, – я вовсе не имею претензий к сути ваших замечаний, к тому же считаю Джи-Джи милейшим человеком, разработавшим методы изучения отрицательных и положительных частиц. Читал я и его довольно дельную монографию 1913 года «Лучи положительного электричества», которая положила начало масс-спектроскопии. Однако не надо забывать, что первый прообраз современных масс-спектрометров для разделения изотопов построил все же мой друг Никола. А вот в разработке методов анализа и измерения элементарного электрического заряда пальму первенства вполне можно отдать кавендишской команде, тем более что ее сотрудники умудрились наблюдать за движениями заряженного облака в электрическом поле. И все же, – тут хозяин наконец скинул нитяные перчатки, и изумленному взору гостя предстал аккуратный маникюр с ярко-красными ногтями, – именно мы с Теслой самыми первыми разглядели эти еще слабые проблески зарождающегося атомного века.

Глава 3

Атом Резерфорда – Бора и радиоактивность

Радиоактивность есть новое свойство материи, наблюдаемое у некоторых веществ. Ничто в настоящее время не позволяет утверждать, что это есть общее свойство материи, хотя такое мнение ничего неправдоподобного a priori не имеет и даже должно являться естественным. Радиоактивные тела представляют источники энергии, выделение которой обнаруживается разнообразными эффектами: особого рода излучениями, испусканием теплоты, света, электричества. Это выделение энергии существенно связано с атомом вещества; оно представляет атомическое явление; кроме того, оно самопроизвольно.

М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность

^{Сидят (слева направо): Эрвин Шредингер, Ирен Жолио-Кюри, Нильс Бор, Абрам Федорович Иоффе, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Оуэн Ричардсон, Эрнест Резерфорд, Теофил де Донде, Морис де Бройль, Луи де Бройль, Лиза Мейтнер, Джеймс Чедвик.}

^{Стоят (слева направо): Эмиль Анрио, Франсис Перрен, Фредерик Жолио-Кюри, Вернер Гейзенберг, Хендрик Антони Крамерс, Эрнст Штаэль, Энрико Ферми, Эрнест Уолтон, Поль Дирак, Петер Дебай, Невилл Франсис Мотт, Брас Кабрера, Георгий Антонович Гамов, Вальтер Боте, Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, Майкл Розенблюм, Жак Эррера, Эдмонд Бауэр, Вольфганг Паули, Жюль Эмиль Вершаффельт, Макс Козинс, Эдуард Герцен, Джон Кокрофт, Чарльз Эллис, Рудольф Пайерлс, Огюст Пикар, Эрнест Лоуренс, Леон Розенфельд.}

Эрнест Гастон Сольве, видный бельгийский химик-технолог, предприниматель и глава одноименной химической компании, был известен далеко за пределами своей маленькой родины разработками аммиачных способов получения соды из поваренной соли. Однако в историю этот представитель редкого типа ученых-предпринимателей вошел как инициатор международных форумов физиков, именуемых в честь него Сольвеевскими конгрессами.

Считается, что к организации серии представительных конгрессов Сольве подтолкнул выдающийся немецкий физикохимик, будущий нобелевский лауреат Вальтер Герман Нернст, широко известный своими работами по термодинамике. В 1911 году под руководством основанного Сольве Международного института физики состоялся первый конгресс под председательством Хендрика Лоренца, посвященный теме «Излучение и кванты». Так возникла уникальная возможность обсудить самые различные и актуальнейшие фундаментальные проблемы в физике и смежных разделах науки. В силу сложившихся обстоятельств довоенные Сольвеевские конгрессы во многих отношениях стимулировали развитие атомной и ядерной физики.

Самым значимым для предвоенной науки стал VII Сольвеевский конгресс «Структура и свойства атомного ядра», состоявшийся в октябре 1933 года под председательством Поля Ланжевена. Наверное, это была одна из последних встреч ведущих представителей научного сообщества, еще не разделенных на враждующие политические лагеря. Давайте и мы, читатель, заглянем на этот авторитетнейший научный форум, участники которого незримыми нитями связаны со многими тайнами атомного века.

…соединения тория кроме обычных радиоактивных лучей непрерывно испускают какие-то радиоактивные частицы, сохраняющие радиоактивные свойства в течение нескольких минут… я называю эти частицы «эманацией». По своим фотографическим и электрическим действиям эманация похожа на уран. Она способна ионизировать окружающий газ и действует в темноте на фотопластинку при экспозиции в несколько дней…

…на опытах с соединениями тория подтвердилось их свойство возбуждать в любом твердом веществе, расположенном рядом с ним, радиоактивность, которая со временем исчезает, причем между эманацией тория и возбужденной радиоактивностью существует тесная связь… Эманация в некотором смысле есть непосредственная причина возбуждения радиоактивности, в то же время не обнаружено испускания эманации имевшимся в нашем распоряжении образцом не совсем чистого радия. Однако Дорн позднее использовал более чистый образец радия и показал, что радий обладает такой же способностью испускать эманацию, как и торий.

Э. Резерфорд. Строение атома и искусственное превращение элементов

Несомненно, что одной из самых колоритных фигур на конгрессе был сэр Эрнест Резерфорд. Всегда в окружении своих учеников, коллег и друзей, он никогда не упускал момента, чтобы, энергично жестикулируя, громогласно не поделиться своими воспоминаниями о «яростном периоде становления новой науки»:

– Вернемся к радиоактивности, когда Беккерель продолжал исследование открытого им явления и считал его свойством урана, аналогичным фосфоресценции. Уран, по мнению Беккереля, представлял собой первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное невидимой фосфоресценции. Именно поэтому он считал свойства излучения урана подобными свойствам световых волн. Природа нового явления, таким образом, была еще совершенно непонятна, даже не существовало и самого слова «радиоактивность».

23 ноября 1896 года Беккерель доложил о результатах своих исследований Французской академии наук. Из них следовало, что уран испускает неизвестные ранее лучи (их быстро окрестили «урановыми» или «беккерелевыми»), которые аналогично Х-лучам Рентгена действуют на фотопластинку и ионизируют воздух. Так было открыто замечательное явление природы, которое Мария Склодовская-Кюри в 1898 году назовет радиоактивностью.

Л.И. Пономарев. Под знаком кванта

Между тем Беккерель обнаружил и тщательно исследовал свойство урановых лучей делать электропроводящим воздух, и его заметка появилась почти одновременно с нашей совместной с Джи-Джи публикацией, показывавшей, что рентгеновские лучи делают воздух электропроводящим благодаря их ионизирующему действию. Так был открыт важнейший метод исследования радиоактивности…

– А между тем еще Пьер Кюри допускал возможность наличия и иных механизмов выделения радиационной энергии, – все повернулись на негромкий, но четкий женский голос с немного грассирующим произношением. В группе французов стояла болезненно-бледная – сказывалась длительная работа с радиоактивными препаратами, миниатюрно-хрупкая Мария Склодовская-Кюри, самая знаменитая женщина в науке, дважды лауреат Нобелевской премии. Рядом с ней постоянно находилась старшая дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, молодые исследователи, уже зарекомендовавшие себя в науке десятком экспериментальных работ по физике ядерных процессов. Немного смущаясь, Фредерик задал давно интересовавший его вопрос, обращаясь к своей сиятельной теще:

– А правда, что вы вначале считали, что радиоактивные элементы берут энергию из внешнего пространства и оно постоянно пронизывается некоторыми неизвестными еще радиациями, которые при встрече с радиоактивными телами задерживаются и преобразуются в радиоактивную энергию?

На бледном лице Склодовской-Кюри мелькнула болезненная улыбка:

– Все правильно, Фредерик, эта ошибочная гипотеза была высказана в самый последний год прошлого века, однако сегодня можно признать, что в ней было зерно замечательной идеи космических излучений, которые сегодня разными способами изучаются в высокогорных лабораториях. К тому же уже через несколько лет я публично признала, что новейшие исследования благоприятствуют именно гипотезе атомных превращений радия.

Находясь в тесной связи с физикой и химией, заимствуя рабочие методы от этих двух наук, радиоактивность приносит им в обмен элементы обновления. Химии она приносит новый метод для открытия, отделения и изучения химических элементов, познание некоторого числа новых элементов с очень любопытными свойствами (прежде всего радия); наконец, капитальное понятие о возможности атомических преобразований в условиях, доступных контролю опыта. Физике, и в особенности новейшим корпускулярным теориям, она приносит мир новых явлений, изучение которых есть источник прогресса для этих теорий; можно указать, например, на выбрасывание частиц, несущих электрические заряды и наделенных значительною скоростью, движение которых уже не повинуется законам обычной механики и к которым можно приложить, с целью их оправдать и раскрыть в подробностях, новейшие теории, касающиеся электричества и материи.

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 бOльшая 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.

В круг соседей Паули бочком протиснулся Энрико Ферми, невысокий, угловатый итальянец, чувствовавший себя не на своем месте среди собравшихся вокруг знаменитостей. Между тем теоретические работы Ферми давно уже приобрели повсеместную известность, а созданная им и подтвержденная Дираком «статистика Ферми – Дирака» была известна каждому студенту-физику старших курсов.

Паули громко обратился к застенчивому итальянцу:

– А вот вы, Энрико, как относитесь к планетарным построениям для атомарных структур? Может быть, вам чем-то не нравится атом Резерфорда – Бора?

Ферми слегка пожал плечами и сдержанно заметил:

– Как вы знаете, я считаю, что начинать всегда надо с анализа экспериментальных методов исследования. Известно, что метод, применявшийся творческим коллективом сэра Эрнеста, включал следующее: поток альфа-частиц, испускаемых неким источником, проходил через узкую диафрагму и попадал на экран из сернистого цинка. Затем между щелью и экраном помещали тонкую металлическую пластинку, и изображение щели на экране тут же размывалось, что указывало на рассеяние альфа-частиц веществом пластинки. Гейгер установил, что наиболее вероятный угол рассеяния пропорционален атомному весу и обратно пропорционален кубу скорости частицы.

Вот тут и открылся поразительный факт, что очень небольшая часть альфа-частиц, по-моему, где-то одна восьмитысячная, рассеивается на столь большой угол, что фактически отбрасывается обратно прямо к источнику. Приблизительно в это же время выяснилось, что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия. Для потока таких тяжелых, стремительно летящих частиц рассеивание на столь большие углы казалось совершенно невероятным. Тут же возникло объяснение подобного аномального рассеяния как суммарного эффекта от сложения множества небольших углов отклонений, вызванных атомами рассеивающего вещества.

И тут кто-то произнес крылатую фразу, которая сегодня вошла во все учебники:

– Это так же невероятно, как если бы пуля отскакивала от листа папиросной бумаги.

Все обернулись в сторону говорившего, круг раздвинулся, и всем стала видна плотная коренастая фигура Нильса Бора, рядом с которым, вежливо улыбаясь, стоял американский физик Эрнест Лоуренс. Этот подвижный и очень энергичный ученый привлекал всеобщее внимание с самого начала конгресса, ведь в его лаборатории в Беркли работал один из первых в мире ускорителей элементарных частиц – циклотрон, позволявший легко обходиться без редких и дорогостоящих радиоактивных веществ, крайне необходимых для атомных экспериментов. Ощутив, что все внимание сосредоточено на нем и Лоуренсе, Бор смущено улыбнулся и что-то неразборчиво пробормотал своему американскому коллеге. Лоуренс тут же расплылся в ослепительной «американской улыбке» (впоследствии ее стали называть «голливудской») и громко провозгласил, обводя окружающих самоуверенным взглядом:

– Нильс попросил меня продолжить его теоретические мысли, поскольку мне как экспериментатору данная тема представляется более близкой… Так вот, манчестерские ученые, обсчитав атомную модель Томсона, показали, что из нее не следуют большие отклонения даже при многих столкновениях с частицей. И вот здесь на сцене впервые показалась планетарная модель экспериментального плана, – последние слова Лоуренс выделил многозначительным тоном. – Получалось, что когда альфа-частица пролетает мимо заряженного ядра, то под воздействием кулоновской силы, пропорциональной зарядам ядра и частицы и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, она должна перемещаться по ветви гиперболы, отклоняясь на наблюдаемые углы рассеяния. И тогда присутствующий здесь Кроко… миль пардон, сэр Эрнест, сделал свой гениальный доклад в философском обществе Манчестера… Может быть, кто-то из мальчиков сэра Эрнеста (так все называли сотрудников великого экспериментатора) напомнит его название?

Закончив под смех присутствующих свой американский спич, Лоуренс слегка поклонился в сторону англичан. Нахмурившийся Резерфорд ответил ему притворно-сердитым взглядом и громко заметил, что некоторые американцы, как и их ускорители, напоминают ему гигантских питонов, на груди которых он всегда готов сплясать боевой танец новозеландских аборигенов Маори. Затем Резерфорд уже дружески ухмыльнулся американцу и громко пророкотал:

– Моя память вполне в порядке, и я хоть сейчас могу процитировать весь свой доклад одиннадцатого года «Рассеяние альфа– и бета-лучей и строение атома», – переждав протестующие возгласы, глава британской школы экспериментаторов продолжил: Главное было в том, что рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить, что существует такой атом, который состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины. При таком устройстве атома альфа– и бета-частицы, когда они проходят на близком расстоянии от его центра, испытывают большие отклонения, хотя вероятность такого явления мала. При этом заряд атомного центра оказался пропорциональным атомному весу, так что, хотя точное значение заряда центрального ядра не было определено, но для атома золота оно приблизительно равно ста единицам заряда.

Затем я поручил Гейгеру и Марсдену сделать новую экспериментальную проверку, подсчитывая рассеяние частиц по производимым ими сцинтилляционным вспышкам. Мои мальчики с честью справились с этой трудной и кропотливой работой, так как нужно было считать много тысяч частиц. Результаты Гейгера и Марсдена весьма близко согласовывались с теорией. Из этих утомительных и кропотливых исследований и возникло представление о ядре как устойчивой части атома, несущей в себе почти всю его массу и обладающей положительным зарядом. При этом число элементарных зарядов действительно оказалось прямо пропорциональным атомному весу, – Остановившись, Крокодил непроизвольно вздохнул, видимо, вспомнив славные времена манчестерских достижений, и, сердито посапывая, занялся своей трубкой. Наступившую паузу заполнил голос Бора:

– Действительно, в то время мы все с волнением наблюдали, как в центре интересов всей манчестерской группы было исследование многочисленных следствий открытия атомного ядра. С самого начала было ясно, что благодаря его большой массе и малой протяженности в пространстве по сравнению с размерами всего атома строение электронной системы должно зависеть почти исключительно от полного электрического заряда ядра. Такие рассуждения сразу наводили на мысль о том, что вся совокупность физических и химических свойств каждого элемента может определяться одним целым числом…

Тут слова великого датчанина были прерваны мелодичным звоном колокольчика секретаря конгресса, которым он приглашал участников на очередное заседание.

Столы в зале проведения конгресса образовывали большой квадрат, так заполнявший свободное пространство, что свободным оставался лишь проход вдоль стен. Резерфорд с Чедвиком и Блэккетом заняли соседние места рядом с Полем Дираком, сосредоточенным на каких-то своих мыслях. «Мальчики Крокодила» продолжали кулуарные споры, и Блэккет горячо говорил Чедвику:

– В 1913 году Ван ден Брук наглядно показал, что заряд ядра совпадает с номером элемента в периодической таблице Менделеева, и в то же время был сформулирован закон, согласно которому в процессе альфа-распада радиоактивный продукт смещается в периодической таблице на два номера выше, а при бета-распаде – на номер ниже. С точки зрения представления о номере элемента как о заряде ядра закон смещения получил наглядное толкование.

– И тогда же Содди пришел к представлению об изотопах как о разновидностях одного и того же элемента, ядра атомов которых имеют одинаковый заряд, но разные массы, – насмешливо добавил Паули, занимая место рядом с Дираком. – Вообще-то, надо заметить, что эта интерпретация пришла в голову Бору еще до того, как Содди чисто эмпирически открыл закон смещения, – Паули с улыбкой кивнул проходящему мимо Ферми, приглашая его занять соседнее место. – Более того, схема планетарной модели, судя по всему, возникла именно в Манчестере и была положена Бором в основу первой квантовой модели атома. Тогда-то и появились три знаменитые статьи Бора о строении атомов и молекул, открывшие путь к атомной квантовой механике.

Наконец в зал вошли последние делегаты – Бор с Лоуренсом и невысокая немка Лиза Мейтнер в строгом темном платье с белым воротником. Ирен Кюри с тревогой переглянулась с Жолио и шепнула мужу:

– Ланжевен сказал, что Мейтнер сделала заявку на выступление в прениях по теме нашего доклада. От нее можно ожидать очень неприятных сюрпризов, особенно после того как она прославилась своим открытием вместе с Отто Ганном элемента протактиния.

Последним в зал стремительно вошел как всегда изысканно одетый Вернер Гейзенберг. Увидев Паули, он ринулся к своему другу и разместился между ним и Дираком.

– Вы знаете, я немного узнал о сути будущего доклада супругов Жолио-Кюри, – Гейзенберг поочередно поворачивался к своим друзьям, – и ситуация все больше напоминает мне то время, когда в исследование нового загадочного явления радиоактивности включились супруги Пьер и Мария Кюри. Помните, как мадам Кюри начала исследования радиоактивных явлений, измеряя напряженность урановых лучей по их свойству сообщать воздуху электропроводность…

Чувствовалось, что Гейзенберг еще не полностью отошел от утреннего доклада, посвященного новой теории атомного ядра. 32-летний лейпцигский профессор только что стал лауреатом Нобелевской премии, и ему было важно показать своим докладом на Сольвеевском конгрессе, что его научная карьера еще далека от завершения.

Паули насмешливо подмигнул Дираку:

– Мы тоже помним, какая неразбериха царила в умах, когда все ринулись на поиск других веществ, обладающих свойствами урана. Во Франции, мне помнится, мадам Кюри первой нашла что-то вроде соединений тория, а в Германии аналогичный результат был заявлен Шмидтом.

– Вот именно, – немного заикаясь, вполголоса заметил Дирак, – где-то с лета 1898 года новый термин «радиоактивность» и вошел в обиход физиков… А тут уже и появились одна за другой статьи, сообщающие об открытии новых радиоактивных веществ. Супруги Кюри обнаружили полоний, свыше чем в 400 раз более активный, чем уран, а затем появилась их статья в соавторстве с Бемоном «Об одном новом, сильно радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной руде». Там впервые сообщалось о получении сильно радиоактивного вещества, по химическим свойствам напоминающего барий. Активность хлористого соединения этого элемента почти в 900 раз превышала активность урана. В спектре соединения была обнаружена линия, не принадлежащая ни одному из известных элементов, поэтому новое радиоактивное вещество было названо радием.

Тут председательствующий Ланжевен потряс колокольчиком и, обежав взглядом под нависшими бровями притихших делегатов, объявил начало заседания.

Участники конгресса, представляющие все научные центры мира, внимательно слушали краткое вступительное слово Ланжевена, который напомнил присутствующим, что впервые такая необычная тема, как структура и свойства атомных ядер, обсуждается на столь представительном собрании. Ведь еще несколько лет назад никто из ученых даже не догадывался, что за совсем короткий период, прошедший от открытия сложного строения атома, наука вплотную приблизится к изучению его загадочной сердцевины, заключающей в себе практически все вещество Вселенной.

– Этот удивительный склад материи мира, двери которого так долго не могли открыть ни теоретические расчеты, ни бомбардировки альфа-снарядами, ни отмычки гамма-лучей, настойчиво требует какого-то иного ключа, нежели те, что имеются в арсенале современной науки, – патетически восклицал, вздергивая крупную голову с седой эспаньолкой, Ланжевен. – Все мы уже догадываемся, что в ядре атома таится неисчислимая энергия, что в тесной его темнице закован Прометей, освобождение которого приведет человечество в подлинный Золотой век. Однако мы еще только подбираемся к ядерным тайнам, о наличии которых прямо свидетельствуют исторгаемые ядром в процессе радиоактивного распада альфа-частицы, бета-электроны и гамма-лучи. Это показывает, что внутри ядра непрерывно бушуют загадочные радиоактивные процессы, воздействовать на которые современная наука пока еще не в силах, ведь ни высокие температуры, ни громадное давление, ни химические реакции, ни электрические и магнитные поля нисколько не воздействуют на скорость радиоактивного распада. Тем более пока еще не найдено способов прекращения и возобновления радиоактивности, что явилось бы прямым путем к владению циклопической энергией, заключенной в ядерных глубинах. Однако научный прогресс не стоит на месте! – казалось, патетика председательствующего достигла максимума. – Всего лишь несколько месяцев назад произошло удивительное открытие двух новых кирпичиков мироздания, из которых слагается материя Вселенной – нейтрона и позитрона. И я с большим удовольствием предоставляю слово моему молодому другу Фредерику Жолио, который от своего имени и имени мадам Ирен Кюри расскажет о серии блестящих опытов, во время проведения которых совершенно неожиданным образом были обнаружены эти новые микроскопические частицы.

Ланжевен широким жестом пригласил Жолио начать выступление. На его худом и бледном, с резкими чертами лице читалось волнение, когда звенящим от внутреннего напряжения голосом он начал доклад «Проникающее излучение атомов под воздействием альфа-лучей».

Примечания

1

Исследовательский центр, построенный изобретателем на Лонг-Айленде вблизи Нью-Йорка. – Прим. авт.

2

Уэллс Г. Собрание сочинений в 15 томах. Т. 4. – М.: Правда, 1964. С. 8.

3

Там же.

4

Уэллс Г. Собрание сочинений в 15 томах. Т. 4. – М.: Правда, 1964. С. 34.

5

Уэллс Г. Собрание сочинений в 15 томах. Т. 4. – М.: Правда, 1964. С. 35.

6

Уэллс Г. Собрание сочинений в 15 томах. Т. 4. – М.: Правда, 1964. С. 37.

7

Максвелл Дж. Трактат об электричестве и магнетизме. – М.: Наука, 1989.

8

Григорьян А., Вяльцев А., Генрих Г. 1857–1984. – М.: Наука, 1968.

9

Цверава Г. Никола Тесла, 1856–1943. – Л.: Наука, 1974.

10

Гернек Ф. Пионеры атомного века. – М.: Прогресс, 1974.

11

Гернек Ф. Пионеры атомного века. – М.: Прогресс, 1974.

12

Рентген В. О новом виде лучей, под ред. и с примечаниями А. Ф. Иоффе. – М.-Л., 1933.

13

Гернек Ф. Пионеры атомного века. – М.: Прогресс, 1974.

14

Содди Ф. История атомной энергии. – М.: Атомиздат, 1979.

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента.