Словом, в данном случае все сложилось как нельзя лучше, к удовольствию обеих сторон: Резерфорда с нетерпением ждали в Манчестере, а он с нетерпением ждал середины мая, когда океанский пароход «Императрица Ирландии» заберет его с семьей из канадского порта Квебек.

Приехав в Манчестер, Эрнест убедился, что лаборатория, в которой ему предстояло работать, не столь шикарна, как макдональдовская, но все же достаточно хороша. И он, чувствуя прилив новых сил, взялся за новые исследования. Но не успел он за них как следует взяться, как осенью 1908 года был официально уведомлен, что ему присуждена Нобелевская премия по химии за исследования радиоактивных элементов и что ему надлежит прибыть в Стокгольм не позднее 10 декабря для торжественного получения награды.

В этом событии, несомненно заслуженном и несомненно радостном для всех ученых, был один забавный аспект: физик получил премию по разделу химии. Резерфорд, человек остроумный, не смог пройти мимо этого казуса и в своем тосте на банкете после торжественной церемонии сказал, посмеиваясь: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями с разными периодами, но самым быстрым из всех оказалось мое собственное превращение в один момент из физика в химика».

Резерфорду было тридцать семь лет, когда он стал нобелевским лауреатом; довольно редкий случай — обычно ученых венчали столь высокой наградой много позже. И когда он приехал в Стокгольм и предстал перед торжественным собранием, даже не верилось, что этот молодой, румяный, спортивного вида человек — великий физик. Вот как описывает его внешность академик Капица, правда, это относится к чуть более позднему периоду: «Наружностью он был довольно плотный, роста выше среднего, глаза у него были голубые, всегда очень веселые, лицо очень выразительное. Он был подвижен, голос у него был громкий, он плохо умел его модулировать, вполголоса он говорить не мог… Во всей его манере общения с людьми сразу, с первого слова, бросались в глаза его искренность и непосредственность».

Его внешность и моложавость явно не соответствовали тому, что он уже успел сделать в физике, и, рассказывают, в связи с этим произошел даже один забавный эпизод. Перед отъездом в Стокгольм к Резерфорду в лабораторию пришел его предшественник профессор Шустер в сопровождении японского министра просвещения, барона Кикучи. Барон, несмотря на министерский портфель, был физиком, и причем довольно известным, и поэтому хорошо знал работы Резерфорда и очень хотел с ним познакомиться лично. Шустер выполнил желание Кикучи — представил ему Резерфорда и они поговорили о том о сем некоторое время. Однако японец не поверил, что ученый, с которым он беседует, тот самый Резерфорд. Восточная сдержанность не позволила ему высказать недоумение в присутствии хозяина лаборатории, но, когда они с Шустером вышли на улицу, он все-таки не выдержал. «Я полагаю, — улыбаясь, спросил он, — что Резерфорд, которого вы мне представили, сын знаменитого профессора Резерфорда?»

То, что Резерфорд получил высшую международную научную награду молодым, оказалось полезным не только для него лично, но и для всей физики. Такая премия — всегда мощный стимул в работе, но если она приходит к ученому на склоне лет, когда и силы уже не те, и восприятие нового притупилось, и обязанностей слишком много, стимулировать, по существу, уже нечего. А когда ученый получает символ международного признания в расцвете лет, он с удвоенной энергией берется за работу, так как чувствует себя в какой-то мере должником науки, получившим аванс.

Это хорошо видно по Резерфорду. Вернувшись из Стокгольма, он немедленно продолжил свои исследования и еще по меньшей мере один раз доказал, что не зря носит звание лауреата Нобелевской премии: его новое открытие оказалось, может быть, даже важнее, нежели открытие радиоактивных превращений.

Произошло это все довольно неожиданно.

В Манчестерской лаборатории, когда туда приехал Резерфорд, уже работал двадцатипятилетний немецкий физик Ганс Гейгер, впоследствии изобретатель известного счетчика Гейгера, индикатора радиоактивности. Гейгер ненамного опередил своего шефа — он только недавно защитил докторскую диссертацию и был назначен в Манчестер научным сотрудником. Резерфорд тут же нашел ему дело — поручил разработать метод подсчета альфа-частиц, вылетающих из радия.

Один из возможных методов был известен Резерфорду еще по работам Крукса: тот заметил, что экран из сернистого цинка светится, когда на него падают альфа-лучи. Резерфорд, повторив этот эксперимент, обнаружил, что свечение экрана представляет собой сумму отдельных маленьних вспышек, и предположил, что каждая такая вспышка, называемая сцинтилляцией, есть результат удара альфа-частицы об экран. А раз так, то по количеству вспышек, если бы их удалось подсчитать, можно судить о количестве альфа-частиц.

Вскоре этот метод усовершенствовал немецкий физик Эрих Регенерер из Берлинского университета. Он сконструировал изящный прибор. На стекло с одной стороны наносился тонкий слой сернистого цинка, а на другую сторону наводился окуляр микроскопа; и, когда перед стеклом помещали источник альфа-лучей, в поле зрения микроскопа были хорошо видны отдельные вспышки света, и можно было даже довольно точно подсчитать их количество в единицу времени.

Когда Резерфорд узнал об этом, он тут же попросил Гейгера сделать такой же счетчик у них в лаборатории; и когда он был сделан, то очень им понравился, хотя требовал колоссального напряжения при подсчете. Шутка сказать: в одну секунду из миллиграмма радия вылетает 130 тысяч альфа-частиц.

Конечно, не все их нужно уловить глазом, счет ведется на определенной площади, но напряжение все равно очень велико. Ганс Гейгер, которому больше других приходилось заниматься этой изнурительной работой и который даже стал своеобразным миллионером — за время работы в Манчестере он насчитал в общей сложности миллион альфа-частиц, — вспоминает, как это было обставлено. «В памяти возникает мрачный погреб, в котором Резерфорд устанавливал свои чувствительные приборы для изучения альфа-частиц. Тот, кто спускался туда по двум ступенькам, прежде всего слышал в темноте голос профессора, предупреждавшего, что помещение пересекает на высоте головы горячий трубопровод, и, кроме того, необходимо осторожно, чтобы не упасть, перешагнуть две водопроводные трубы. После этого наконец в слабом свете вошедший различал самого Резерфорда, сидящего у прибора». Вот в этом темном подвале, подолгу не выходя, чтобы глаза не теряли способность видеть в темноте все слабые вспышки, и работали Гейгер и Резерфорд.

В начале 1909 года к ним присоединился еще один исследователь — студент последнего курса Эрнест Марсден, которому суждено было сыграть в развитии атомной физики некоторую роль. Поначалу, его роль выражалась в том, что он попросил «папу» — так ученики любовно называли своего учителя, — чтобы он дал ему какое-нибудь самостоятельное исследование, но попроще. «Папа» задумался: что бы такое дать «мальчику» — так он, тоже любовно, называл своих учеников, чтобы и увлечь его работой, и вместе с тем не отпугнуть трудностью.

Сам он в то время интересовался рассеянием альфа-частиц — явлением, которое он впервые увидел еще в Монреале. Суть его заключалась в том, что альфа-частицы, проходя сквозь вещество, иногда немного отклонялись от своего прямолинейного пути. Это показалось тогда Резерфорду странным; было неясно, как альфа-частицы, летящие с огромной скоростью, успевают повзаимодействовать с отдельными атомами. Отклонения были, правда, небольшие — доли градуса, — но все равно, что-то же заставляло несущиеся стремглав частицы чуть сворачивать в сторону.

В то время в физике господствовало представление об атоме как о сферическом облаке, состоящем из положительных зарядов, в которое вкраплены отрицательно заряженные электроны. Эту модель разработал Дж. Дж. Томсон; иногда ее называли «пудинг с изюмом»; изюм — электроны, а рис, если это рисовый пудинг, — положительные заряды.

Так вот, рассеивание альфа-частиц как-то не вязалось с «пудингом». Если атом — равномерная смесь положительных и отрицательных зарядов, альфа-частицы должны бы легко пронизывать ее, никуда не отклоняясь. То есть складывалась ситуация, напоминающая басню Крылова «Слон и Моська»: масса электрона слишком мала, чтобы даже при столкновении оказать хоть малейшее влияние на альфа-частицу; по расчетам, нужно не меньше ста тысяч ударов, чтобы ее замедлить.

Но поскольку факты небольшого рассеивания все же существовали, они не давали Резерфорду покоя, как каждое необъяснимое явление, и он время от времени возвращался к нему, пытаясь подсчитать количественно, на какую величину отклоняются альфа-частицы. Он немало помучил Гейгера этими подсчетами; и по ним получалось, что некоторое небольшое рассеяние все же есть, и для него даже удалось установить закономерность.

И вот тут появляется Эрнест Марсден и ждет, чтобы его пристроили к какому-нибудь несложному исследованию. И «папе» приходит в голову счастливая, как вскоре оказалось, мысль: засадить «мальчика» считать отклонения альфа-частиц на большие углы — вдруг они тоже происходят. При этом он предупредил Марсдена, чтобы тот не рассчитывал увидеть что-нибудь интересное; по-видимому, частицы будут спокойно проходить сквозь золотую фольгу толщиной всего в пять стотысячных сантиметра, в крайнем случае немного отклоняться, как это уже не раз видели они с Гейгером в газах.

Марсден, довольный, что получил возможность приобщиться к высокой науке, причем на участке, на котором работает сам Резерфорд, отправился с Гейгером в знаменитый подвал, чтобы заняться делом.

Сначала они соорудили нехитрую установку, слегка видоизменив предыдущую схему. Раньше Гейгер ставил экран за исследуемым объектом, чтобы увидеть по вспышкам, насколько далеко от центра окуляра рассеиваются частицы. А здесь Марсден предложил поставить экран под углом к фольге, и не позади нее, а перед ней, а трубу микроскопа поместить, как и раньше, за экраном. А чтобы альфа-частицы не бились прямо об экран, между радиоактивным источником и экраном поставить толстую свинцовую пластину. Тогда в микроскопе будут видны только те частицы, которые отскочат от поверхности фольги — если они вообще отскочат. Но скорее всего этого не случится, потому что коль скоро сам Резерфорд не верит в такую возможность, то, значит, ее и быть не может. Но попробовать надо — чтобы не упрекать себя потом, что не убедились в справедливости предположения всеми возможными способами.

Итак, Марсден уселся за микроскоп, подержал немного глаза закрытыми, чтобы привыкнуть к темноте, потом прильнул к окуляру. То, что он увидел, поразило его: на экране вспыхивали сцинтилляции.

Сначала он решил, что это просто рябит в глазах от напряжения. Подождал немного, снова посмотрел: да нет, искры периодически вспыхивали. Что же получалось — альфа-частицы отскакивают от поверхности металла? Не веря глазам своим, Марсден позвал Гейгера. Тот уселся за микроскоп и увидел то же самое. Значит, это не мираж, не воспаленное воображение, это какой-то непонятный факт.

Побежали к «профу» — как называл Резерфорда Гейгер; его строгое немецкое воспитание не позволяло пользоваться фамильярным «папой». Резерфорд послушал их и сказал, что этого не может быть, что это «неправдоподобно, как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в папиросную бумагу, а снаряд отскочил бы обратно и убил вас самих». Это его подлинные слова, и они показывают, во-первых, как образно он видел предмет исследования, а во-вторых, как силен был гипноз атомной модели Томсона — она и впрямь не позволяла его сотрудникам видеть то, что они увидели.

Тем не менее факт оставался фактом, и Резерфорд тут же и сам в этом убедился. Отдельные альфа-частицы отскакивали от металлической фольги, словно на что-то натыкаясь. Тогда Марсден, по совету Резерфорда, продолжил опыт, увеличив толщину металла; вместо одной тонкой фольги взял две, потом три, потом целую пачку. Нужно было убедиться, происходит ли отскакивание частиц и в глубине металла, не есть ли это только поверхностный эффект. Толщина одной фольги соответствовала, согласно модели Томсона, двум тысячам атомов. Когда Марсден сложил пачкой пять пластинок, атомов стало десять тысяч. И все равно процесс отскока продолжался в глубине вещества, и, чем толще становилась пачка, тем больше частиц отлетало назад, и когда Марсден и Гейгер подсчитали их количество, то оказалось, что, хотя оно составляет небольшую долю по сравнению с проскочившими частицами — одна на восемь тысяч, — все же растет прямо пропорционально толщине пачки.

Это могло означать только одно: альфа-частица на что-то наталкивалась при своем полете, какое-то мощное электрическое поле, заряженное так же, как и она, положительно, отшвыривало ее в сторону. Но в «пудинге с изюмом» не было таких сил, и, значит… и, значит, «пудинг с изюмом» надо было убирать с праздничного стола физики: старая модель Томсона не вязалась с новыми фактами.

Резерфорд не сразу пришел к такому революционному выводу, но довольно быстро. Уже через три недели он сделал первые расчеты, ниспровергающие томсоновскую модель. Тем временем Марсден и Гейгер оформили свои наблюдения в виде статьи, и летом 1909 года она была зачитана перед членами Королевского общества в Лондоне, и, как отмечали старожилы, Марсден был самым молодым автором, представшим перед маститыми учеными Англии. Это была не единственная радость, которую принесла ему его неожиданная находка: он закончил Манчестерский университет с высшим отличием, и его вклад в науку был оценен степенью бакалавра физических наук.

К зиме 1910 года Гейгер описал свои эксперименты по рассеянию альфа-частиц, проходящих сквозь фольгу, и отправил статью в печать. Все в этой статье было хорошо, и все вязалось с прежним представлением об атоме, кроме некоторых «сумасшедших» частиц, вытворяющих то, что им совершенно не положено; по расчетам Гейгера выходило, что вероятность их отклонения на 90Ї была такой ничтожной, что ее нельзя было принимать в расчет. И все же, поскольку верны были и эксперименты Марсдена, то ее надо было принимать в расчет. Как все это примирить, ни Марсден, ни Гейгер не знали, но это уже знал их учитель.

С февраля по декабрь 1910 года он засадил всех своих сотрудников за эксперименты: ему нужны точные цифры, как можно больше цифр, только расчеты могут рассеять сомнения. К декабрю их накопилось достаточно, и Резерфорд смог взяться за вывод формулы, увязывающей эксперимент Марсдена со строением атома. Сопоставив два очевидных факта — свободный пролет альфа-частиц сквозь атомы вещества и редкие отклонения в сторону, — Резерфорд пришел к совершенно новой, идущей вразрез со всеми канонами физики модели атома.

По его подсчетам выходило, что атом представляет собой не равномерно заполненную сферу, а маленькое подобие Солнечной системы; в центре массивное положительное ядро, а вокруг вращаются отрицательные электроны, которые удерживаются на своей орбите благодаря центробежной силе, уравновешивающей силу притяжения. Новая модель прекрасно примиряла казавшиеся непримиримыми опыты Гейгера и Марсдена. Становилось ясно, почему большая часть альфа-частиц проскакивает атом, как будто он пустой. Он и был, по существу, пустой, так как радиус ядра получался равным одной десятитысячной радиуса среднего атома. И становилось ясным, почему меньшая их часть меняет свой путь: это происходит в тех редких случаях, когда частица пролетает вблизи ядра и либо сталкивается с ним, либо отклоняется его сильным электрическим полем.

К февралю Резерфорд закончил расчеты; март ушел на то, чтобы дать возможность Гейгеру еще раз их тщательно проверить и увязать со своими опытами; и в апреле все было кончено: все сходилось, все было «зер гут», как сказал Гейгер, и «о'кей», как сказал Резерфорд.

Статья Резерфорда, направленная в этом же месяце в «Философский журнал», орган Королевского общества, произвела такое ошеломляющее впечатление на редакторов и на руководство Королевского общества, что ее решили, вопреки всем традициям, печатать немедленно, тут же, вставив в уже почти готовый номер. Для этого даже пришлось снять менее значительную статью; кому-то не повезло.

Но физике и науке в целом повезло очень: уже в майском номере журнала появилась статья профессора Резерфорда, возвестившая о рождении новой планетарной модели атома — будущей основы всей атомной физики.

Любопытно, что сравнительно незадолго до этого, всего тридцать лет назад, Генрих Герц написал в письме к родителям, что ему попалась в руки научная книга, изданная в конце XVII века, и вот тогда ученому было что делать, не то что теперь, в конце XIX века. «Мне иногда действительно жаль, — писал он, — что я не жил тогда, когда еще столь многое не было открыто; правда, и теперь еще имеется много неизвестного, однако я не верю, что сейчас может быть легко найдено что-нибудь такое, что может подействовать столь преобразующе на все мировоззрение, как в то время, когда телескоп и микроскоп были еще только изобретены!» Мало того, что сам Герц своими открытиями вскоре опроверг собственное пессимистическое утверждение; если бы он дожил до открытия Резерфорда, он мог бы убедиться еще раз, что физикам было что делать в конце XIX и начале ХХ века.

Конечно же, новую модель приняли не сразу и не все, и дело здесь не только в том, что она шла вразрез с принятыми понятиями — ученые привыкли к периодическому крушению идолов, — но она была еще чревата и внутренними противоречиями, которые сам Резерфорд не смог объяснить. Он и не мог этого сразу сделать — еще не приехал к нему ученик из Дании Нильс Бор, который устранит эти противоречия; еще не появились работы француза Луи де Бройля, примирившего волну с квантом; еще не взялись за расчеты немецкие физики Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг, придавшие окончательный блеск атомной модели Резерфорда — Бора — так она стала называться после того, как ученик дополнил работу учителя. И хотя учитель поначалу не понял того, что предложил ученик, он все же нашел в себе мужество сначала признаться в этом, а потом разобраться в новом открытии Бора.

Нильс Бор, крупнейший физик нашего века, вспоминает, как отреагировал его бывший учитель на новый квантовый вариант планетарной модели атома: «Резерфорд не сказал, что это глупо, но он никак не мог понять, каким образом электрон, начиная прыжок с одной орбиты на другую, знает, какой квант нужно ему испускать».

Примерно так же отнеслись некоторые крупные физики и к открытию самого Резерфорда. Новые знания всегда трудно уложить в прокрустово ложе старых представлений. Но, в отличие от многих своих современников, Резерфорд все же легко усваивал новые идеи и, главное, не мешал своим многочисленным ученикам разрабатывать их.

Я вновь хочу процитировать несколько отрывков из воспоминаний академика Капицы — кто более него знает эту сторону характера Резерфорда. Вот что пишет Петр Леонидович: "По отношению к своим ученикам Резерфорд проявлял исключительную заботу. Его взгляд на учеников, схематизируя, такой — он говорил:

— Если у меня работает молодой ученый и после двух лет работы приходит ко мне и спрашивает, что же мне делать дальше, я ему советую бросить работу в области науки, ибо, если человек после двух лет работы не знает, что ему делать дальше, из него не может выйти ученый.

По существу, он так резко никогда не ставил вопрос и под тем или иным предлогом всегда находил своим неудавшимся ученикам место либо где-нибудь в промышленной лаборатории, либо место в какой-нибудь школе или университете.

Но если человек проявлял инициативу, индивидуальность, то Резерфорд оказывал такому человеку всяческую поддержку и внимание".

Кстати, сам Капица почувствовал это прежде всего на себе. "Приехав работать к нему в лабораторию, — вспоминает он, — я сразу был поражен этой заботливостью. Резерфорд не позволял работать дольше шести часов вечера в лаборатории, а по выходным дням не позволял работать совсем. Я протестовал, но он сказал:

— Совершенно достаточно работать до шести часов, остальное время вам надо думать. Плохи люди, которые слишком много работают и слишком мало думают.

…Я помню, еще в начале своей работы в Кембридже я пришел к Резерфорду и сказал:

— У вас работает X, он работает над безнадежной идеей и напрасно тратит время, приборы и т. п.

— Я знаю это, — отвечал Резерфорд. — Я знаю, что он работает над абсолютно безнадежной проблемой, но зато эта проблема его собственная, и если работа у него не выйдет, то она его научит самостоятельно мыслить и приведет к другой проблеме, которая уже не будет безнадежной.

…Резерфорд прекрасно понимал значение, которое для него самого имели ученики. Для него дело было не только в том, что поднималась научная производительность лаборатории. Он говорил:

— Ученики заставляют меня самого оставаться молодым".

И это глубокая правда. Именно молодость духа позволила Резерфорду принять в конце концов новые квантовые концепции Нильса Бора, достроившего его атом. Он не говорил, подобно лорду Кельвину, что этого не может быть, потому что он в это не верит; поначалу только призадумался, а потом поверил и принял. И радовался успеху своего ученика, как своему собственному.

Заслуги Резерфорда перед физикой огромны. Я рассказал лишь о некоторых его открытиях, связанных с темой нашей книги: либо они продолжали работы Беккереля, либо были связаны с некоей неожиданной случайностью. Но даже в случайно обнаруженном факте, который иной физик мог бы просто принять за ошибку опыта или нерадивость студента, Резерфорд сразу же увидел новый смысл, меняющий представление о строении атома.

Ведь интересно, что мысль о планетарном строении атома уже высказывалась до него, и не один раз. Не далее как в 1901 году французский физик Жан Перрен опубликовал статью, которая прямо так и называлась: «Ядерно-планетарная структура атома». Два года спустя японский физик Нагаока поддержал Перрена, приведя некоторые дополнения к его концепции. Но все эти представления были умозрительными, авторы не могли подтвердить их экспериментами, и поэтому они оставались лишь забавными гипотезами. А Резерфорд увидел в опыте Марсдена конкретную структуру атома. Он словно зримо ощутил ядро и электронные орбиты и в следующем эксперименте доказал, что его видение совершенно осязаемо. Вот почему физики столь высоко ценят вклад Резерфорда, вот почему память о нем не угасает со временем, и до сих пор в Монреале, в Манчестере, в Кембридже, где он работал последние годы жизни, заведуя Кавендишской лабораторией, о нем живы и воспоминания, и легенды.

В Кембридже каждый покажет вам площадку, где по воскресеньям Резерфорд обычно играл в гольф с друзьями; Тринити-колледж, где он обедал воскресными вечерами в окружении многих знаменитых физиков, приезжавших к нему в гости; каждый расскажет о знаменитой его фразе по поводу коллег с гуманитарных факультетов, которые слишком гордятся тем, что не знают, что происходит между тем моментом, когда они нажимают кнопку дверного звонка, и моментом, когда звонок начинает звенеть.

Точно так же, как и каждому, кто приезжает в Лондон, даже если он не ученый, показывают знаменитое Вестминстерское аббатство — собор святого Павла в центре города, а в нем — простую, скромную могилу Резерфорда, похороненного рядом с учеными, которыми Англия по праву гордится, — рядом с Ньютоном, Фарадеем, Дарвином, Гершелем, Кельвином; это высшая почесть для ученого, которого уже не стало в живых.

Но Резерфорд и при жизни получил, кажется, все знаки отличия, включая рыцарское звание и звание лорда. При этом он всегда оставался скромным, приветливым человеком, ненавидящим чины и относящимся к людям так, как они этого заслуживали на самом деле. Когда один из коллег как-то назвал Резерфорда лордом — что было вполне уместно, ибо дело происходило в палате лордов, — Резерфорд ужасно разозлился. Он мог бы вполне сказать про себя словами Фарадея: «Я просто Резерфорд». И это гораздо больше.

Его влияние на физику и физиков огромно. Не только своими исследованиями, но и просто дружбой и вниманием он вдохновлял многих на самоотверженный труд.

Его поддержка или хвалебный отзыв значили в науке не меньше, чем иная академическая медаль.

И поэтому, когда он назвал камеру, построенную его давним другом Чарльзом Вильсоном, «самым оригинальным и удивительным инструментом в истории науки», эти слова приводят сегодня даже чаще, чем ссылку на то, что за свою камеру Вильсон был удостоен Нобелевской премии.

При этом непременно вспоминают, что к открытию Вильсон пришел в какой-то мере, пусть даже в очень малой, случайно — наблюдая образование туманов на склонах Шотландских гор.

Но об этом — в следующей главе.