Чтение онлайн

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.