Олег Фейгин - Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы
– 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 бÓльшая 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.
