Олег Фейгин - Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы
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. РадиоактивностьСидят (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.
