Чтение онлайн

Кстати, я очень заинтересовался Вашими предположениями относительно спектров Фаулера. Я рассказал здесь об этом Эвансу, который ответил мне, что этот вопрос его тоже очень занимает; я считаю вполне возможным, что он попытается поставить несколько опытов в этом направлении, когда он возвратится к следующему семестру. В целом дела идут хорошо, но я на некоторое время задержался, обнаружив что масса -частицы оказалась несколько большей, чем ей следовало быть. Если это верно, то это настолько важно, что я не могу опубликовать результат до тех пор, пока не буду убежден в своей правоте в каждом пункте. Эксперименты забирают большое количество времени и должны проводиться с особой точностью.

Искренне Ваш Э. Резерфорд.

Р. S. Я надеюсь, что Вы не будете возражать, если я по своему усмотрению изыму из Вашей статьи те места, которые мне покажутся не необходимыми! Напишите, пожалуйста, Ваши соображения».

Первое замечание Резерфорда было, конечно, очень дальновидным; оно касалось именно того вопроса, который стал центральным пунктом длительной дискуссии, которая развернулась позже. Моя собственная точка зрения, как я изложил её в лекции на заседании Датского физического общества в октябре 1913 г., состояла в следующем: радикальный отход от привычных требований к физическому объяснению, содержащийся в квантовых постулатах, уже сам по себе при надлежащем подходе оставляет достаточный простор для возможности объединения выдвинутых предположений в логически согласованную схему. В связи с замечанием Резерфорда особенно интересно напомнить, что Эйнштейн в своей знаменитой работе 1917 г., где выводится формула Планка для теплового излучения, исходил из тех же самых соображений относительно возникновения спектра и указывал на аналогию между статистическими законами, управляющими процессом спонтанного излучения, и основным законом радиоактивного распада, сформулированным Резерфордом и Содди ещё в 1903 г. Действительно, этот закон, позволивший им сразу же распутать разнообразные явления естественной радиоактивности, известные к тому времени, одновременно оказался ключом к пониманию обнаруженного позже своеобразного ветвления процессов спонтанного распада.

Второе замечание, столь сильно подчёркнутое в письме Резерфорда, поставило меня в крайне затруднительное положение. Дело заключалось в том, что за несколько дней до получения его ответа я выслал Резерфорду существенно расширенный вариант своей первоначальной рукописи; дополнения касались в особенности взаимоотношений между спектрами поглощения и испускания и асимптотического соответствия с классическими теориями физики. Я сразу понял, что единственный способ поправить дело состоит в том, чтобы немедленно отправиться в Манчестер и переговорить обо всём с Резерфордом. Хотя Резерфорд был, как всегда, очень занят, он проявил почти что ангельское терпение и после длинных разговоров, продолжавшихся в течение нескольких вечеров (между прочим, он сказал тогда, что никогда не думал, что я окажусь столь упрямым), согласился оставить все старые и новые вопросы в окончательном варианте статьи. Разумеется, и стиль и язык статьи были существенно исправлены благодаря помощи и советам Резерфорда; у меня было много случаев вспоминать о том, как он был прав, когда возражал против усложнения изложения и в особенности против многочисленных повторений, возникающих из-за ссылок на предшествующие работы. Эта лекция, посвящённая памяти Резерфорда, позволяет мне дать значительно более компактный очерк постепенного развития наших идей в те годы.

В течение последующих месяцев дискуссия относительно происхождения спектральных линий, приписываемых ионам гелия, приняла совсем драматический оборот. Прежде всего, Эванс сумел воспроизвести линии Фаулера, наблюдая разряд через гелий чрезвычайно высокой чистоты, не обнаружив при этом ни малейших признаков обычных водородных линий. Однако Фаулера окончательно это не убедило: он подчёркивал обманчивый характер появления спектральных линий в смесях газов. Кроме того, он отметил, что его весьма точные измерения длин волн линий Пикеринга не совпадают в точности с длинами волн, получаемыми из моей формулы при Z=2. Причина последнего расхождения была, однако, довольно легко найдена: было очевидно, что масса m в выражении для постоянной Ридберга это вовсе не масса свободного электрона, а так называемая приведённая масса mM(m+M)– 1 где M — масса ядра. И действительно, с учётом этой поправки предсказанная связь между спектром водорода и спектром ионизованного гелия оказывалась в полном соответствии с результатами всех измерений. Этот результат был сразу одобрен Фаулером, который обратил внимание на то, что в спектрах других элементов также наблюдались серии, для которых обычную постоянную Ридберга следовало умножить на число, близкой к четырём. Появление таких спектральных серий, которые принято вообще относить к искровым спектрам, связано с возбуждением ионов; в противоположность этому так называемые дуговые спектры обязаны своим возникновением возбуждённым нейтральным атомам.

Продолжавшиеся в последующие годы спектроскопические исследования позволили определить многочисленные спектры атомов, у которых был удалён не только один, а даже несколько электронов. В частности, широко известные исследования Боуэна показали, что источники спектров туманностей, обнаруженных Никольсоном, следует искать не в новых гипотетических элементах, а в атомах кислорода и азота, находящихся в высокоионизированном состоянии. В конце концов, некоторые перспективы открылись при анализе процесса, при котором электроны последовательно связываются с ядром; этот анализ проводился для определения связи каждого электрона в основном состоянии Резерфордовского атома. В 1913 г., естественно, экспериментальные данные были ещё слишком скудны, а теоретические методы классификации стационарных состояний были ещё недостаточно развиты, чтобы решить до конца столь сложную задачу.

IV

Тем временем постепенно продвигалась моя деятельность, касающаяся электронного строения атома, и вскоре я снова обратился к Резерфорду за помощью и советом. Так, в июне 1913 г. я оказался в Манчестере со второй статьей, в которой помимо продолжения дискуссии о законе радиоактивного смещения и происхождении излучения Баркла содержалось исследование основных состояний атомов, содержащих по нескольку электронов. Что касается последней проблемы, то я пытался расположить электронные орбиты по замкнутым кольцам, подобно тому как впервые это сделал несколько раньше Дж. Дж. Томсон, когда он строил оболочки, пытаясь объяснить характерные периодические свойства менделеевской таблицы элементов на основе своей модели атома.

В резерфордовской лаборатории в этот раз я повстречался с Хевеши и Панетом, которые рассказали мне об успехе первых систематических исследованиях растворимости сульфида свинца и сульфида хрома методом трассирующего состава (меченых атомов); эти исследования они совместно провели в Вене в начале 1913 г. Повторяющиеся посещения Манчестера всегда были вдохновляющими для меня во всех отношениях и давали благоприятную возможность быть на уровне всей деятельности лаборатории. В это самое время Резерфорд совместно с Робинзоном усиленно занимался анализом спектров -излучения, а вместе с Андраде исследовал спектр -лучей. Кроме того, Дарвин и Мозли чрезвычайно интенсивно проводили очень тонкие теоретические и экспериментальные исследования по дифракции рентгеновских лучей в кристаллах.

Вскоре я вновь получил возможность увидеть Резерфорда на заседании Британской Ассоциации содействия прогрессу в науке, которое состоялось в сентябре 1913 г. в Бирмингаме. На этом заседании, па котором присутствовала мадам Кюри, имела место, в частности, общая дискуссия по вопросам излучения с участием таких известных авторитетов, как Рэлей, Лармор, Лоренц; следует в особенности отметить Джинса, который сделал вводное сообщение, посвящённое приложению квантовой теории к проблеме строения атома. Его ясное изложение фактически было первым проявлением серьёзного интереса со стороны физической общественности к рассмотрению тех проблем, которые за пределами манчестерской группы были встречены в общем весьма скептически.

Один инцидент сильно позабавил Резерфорда и всех нас. Сэр Джозеф Лармор торжественно предложил лорду Рэлею высказаться по поводу последних идей. Немедленный ответ заслуженного ветерана, который в свои молодые годы так много сделал для разъяснения проблем излучения, прозвучал так: «Когда я был молод, я неукоснительно исповедывал некоторые принципы, согласно одному из которых человек, переваливший за шестьдесят, не должен высказываться по поводу новых идей. Хотя я должен признаться в том, что я теперь придерживаюсь его не столь строго, однако всё же в достаточной степени для того, чтобы не принимать участия в этой дискуссии!»

Во время моего посещения Манчестера в июне я обменивался мнениями с Дарвином и Мозли по вопросу о том, что правильное последовательное расположение элементов должно происходить согласно их атомному номеру, и впервые услышал тогда от Мозли, что он намерен выяснить этот вопрос систематическими измерениями высокочастотных спектров элементов методом Лауэ—Брэгга. Поразительная энергия Мозли и его редкий дар ставить эксперименты с ясно поставленной целью обусловили удивительно быстрое продвижение его работ; уже в ноябре 1913 г. я получил от него очень интересное письмо с описанием важнейших результатов и несколькими вопросами, касающимися их интерпретации на основе соображений, которые оправдались в применении к оптическим спектрам.

В истории современной физики и химии лишь немногие события с самого начала вызывали всеобщий интерес, как это случилось с Мозли, когда он открыл простой закон, позволяющий однозначно приписать атомный номер любому элементу на основании его высокочастотного спектра. Этот закон сразу же дал не только убедительное свидетельство в пользу атомной модели Резерфорда, но вместе с тем обнаружил потрясающую интуицию Менделеева, который в определённых местах своей таблицы отошёл от правильной последовательности возрастания атомных весов. В частности, сразу было очевидно, что закон Мозли является безошибочным ориентиром при поисках ещё не открытых элементов, соответствующих вакантным местам в последовательности атомных номеров.