История атомной бомбы - Мания Хуберт

Чтобы лучше понять эти обстоятельства, Эйнштейн предлагает пересмотреть классическую концепцию исключительно волновой природы света. Если свет отражается от зеркала или преломляется поверхностью воды, его можно рассматривать как волну. Но если свет обменивается энергией с атомами металла, его нужно понимать как частицы. И эти частицы света вроде как идентичны квантам Планка, этим четко ограниченным долям энергии, они якобы являются «квантами света», которые — пусть и вопреки собственным представлениям Планка — на самом деле обладают физической реальностью. Они носятся в пространстве как невообразимо маленькие ракеты и обладают силой выбивать электроны из атомов металла. В итоге квантовая гипотеза света пошатнула теоретическое здание классической физики. То, что Планк лишь робко надпилил — с глубоким сожалением и с надеждой на будущее выздоровление, — служащий Бернского патентного бюро, доросший до технического эксперта II класса, теперь обрушивает прямо-таки с наслаждением и с большим шумом. Его необычайное утверждение гласит: свет может быть как волной, так и частицей.

Из математической уловки Планка, из его всего лишь вспомогательного коэффициента h становится атомарной реальностью. Хоть на нее поначалу и дивились лишь как на блестящую идею в обширном заповеднике синапсов импульсивного Эйнштейна. Ибо мало у кого хватило храбрости поддержать отчаянную точку зрения, сформулированную этим независимым умником из Берна. Даже сам изобретатель кванта Макс Планк поначалу воздерживается бросать в воздух шляпу. Это кажется парадоксальным, ведь как-никак в эйнштейновском толковании фотоэлектрического эффекта совершенно недвусмысленно всплывает планковская формула энергии E=hν. Значок ν, греческая буква «ню», здесь обозначает частоту света.

Эрнест Резерфорд, представляя себе структуру мельчайшей единицы материи, воспользовался аналогией из необъятных просторов Солнечной системы. Подобно тому как кружатся кольца вокруг планеты Сатурн, так видится ему вращение отрицательно заряженных электронов вокруг положительно заряженного ядра. Его теза хоть и подстрахована достаточным количеством экспериментальных данных, но она опять-таки не согласуется с классической физикой. Ибо по законам Максвелла электроны, вращаясь вокруг ядра, в мгновение ока излучили бы всю свою энергию и упали на ядро. Но и это убежище не могло бы стать надежным для потухших электронов, потому что положительно заряженные частицы ядра, оставшись без своих отрицательных визави, взаимно оттолкнулись бы друг от друга — и само ядро распалось бы. А ведь атомы как раз и отличаются удивительной стабильностью. Резерфорд осознает теоретическую дилемму. Его представление о крошечном атомном ядре, электронной оболочке и обширном пустом пространстве между ними в принципе должно быть верно. Но сам он не отваживается сделать из этого единственно возможный вывод: в атоме не действует классическая электромагнитная теория. Здесь вступают в силу другие законы.

Кембриджский университет, Тринити-колледж — мечта любого молодого физика. Здесь работали Ньютон, Максвелл и лорд Рейли, изменившие мир. В 1911 году заведующего кафедрой и руководителя Кавендишской лаборатории зовут Джозеф Джон Томсон. Он принадлежит к числу виднейших современных физиков. В 1897 году он подтвердил существование электронов в составе атома и разработал собственную теорию атома. Она стала известна как модель «пудинга с изюмом». Томсон убежден, что масса равномерно распределена по всему атому и электроны вкраплены туда, как изюминки в тесто.

Нильс Бор, двадцатисемилетний доктор физики из Копенгагена, явился сюда с большим самомнением и с наивным намерением подискутировать с Томсоном о слабых местах его теории электронов. Однако руководитель института, судя по всему, не принял всерьез многообещающего ученого младшего поколения. Диссертация Бора, с трудом переведенная на английский, так и остается месяцами лежать на письменном столе Томсона. Обмен мыслями не состоялся.

Однако потом Бор видит в Тринити-колледже на ежегодном торжественном ужине в память об открытии электрона почетного гостя вечера: Эрнеста Резерфорда. Находясь в приподнятом настроении от еще свежего опыта выдвижения новой модели атома, тот на своем бывшем рабочем месте с родительской гордостью рассуждает об «атоме-Сатурне». В разгар вечера он побуждает гостей своим громовым голосом встать на стулья, взяться за руки и спеть старую студенческую песню, включая непристойный тайный куплет. Своим авторитетом жизнерадостного ученого он провоцирует молодых докторантов и почтенных профессоров произносить лимерики и тосты. Нильса Бора впечатляет непринужденность и своевольный шарм крестьянского сына из Новой Зеландии, и с этого вечера он проникается к Резерфорду лучшими чувствами. Отныне он человек Резерфорда. В марте 1912 года он покидает Кембридж и отправляется в Манчестер.

Бор атлетически сложен, у него четко очерченный подбородок и крупные ладони. Жесткие волосы он зачесывает назад крутой волной. Из-за этого его и без того высокий лоб производит еще более сильное впечатление. Раньше он был отличным вратарем университетской футбольной команды Копенгагена. Рассказывали, что он выцарапывал формулы и ряды вычислений на столбах ворот, если во время игры ему приходило в голову что-то важное. Нильс Бор и Резерфорд с самого начала находят общий язык. Последний в юности был страстным игроком в регби у себя в Новой Зеландии — то есть оба они были командными игроками, которые, однако, могут оказаться и «в противниках». Открыватель атомного ядра восхищен хваткой молодого человека и умеет оценить разнообразие его интересов. С остроумным Бором он может говорить и на бытовые темы, и на философские, и об искусстве.

Резерфорд, вырастивший из своих учеников одиннадцать будущих лауреатов Нобелевской премии, не колеблясь, говорит: «Этот молодой датчанин самый умный парень из всех, кого я когда-либо встречал».

Ганс Гейгер и Эрнест Марсден, прилежные счетчики альфа-частиц, знакомят Бора с экспериментальными методами новой ядерной науки. К этому времени чуть ли не все радиохимики заняты той проблемой, что два вещества с различным атомным весом могут иметь одинаковые химические свойства и потому вообще-то должны бы занимать одно и то же место в химической периодической системе. То есть радиоактивных веществ больше, чем мест в таблице. Резерфорд тоже не знает объяснения этому странному феномену. Фредерик Содди напряженно работает над этим.

И вот Бор теперь делает из этой парадоксальной ситуации вывод, который озадачивает ученых Манчестера. Он исходит из допущения Резерфорда, что чуть ли не вся масса атома сконцентрирована в ядре, а массой электронов, собственно, можно пренебречь. Итак, если вещества с различными массами ядер могут быть химически идентичными, значит, ядро, возможно, и не влияет на химию элемента. Не убедительно ли было бы посему, задается вопросом Бор, рассматривать число и порядок расположения электронов, вращающихся вокруг ядра, как решающие факторы химических свойств? Тогда как в ядре происходит «лишь» радиоактивный распад, то есть физический процесс. Под этим углом зрения можно рассматривать и «атом-Сатурн» Резерфорда как модель неразрывной связи химии и физики на атомарном уровне.

Разумеется, Бор знаком с работой Планка и знает также квантовую гипотезу света Эйнштейна. Так что не он был первый, кто скорее поставит под сомнение полубогов Ньютона и Максвелла, чем отречется от гипотезы — пусть неправоверной, но удовлетворительно объясняющей реальность. Тем не менее, он знает, конечно, о значении предмета своего исследования. Речь тут идет не меньше, чем о структуре атома, о самой prima materia, основе всех вещей. Неужто, именно здесь, как нарочно, теряют силу столь успешные законы природы? Нильс Бор набирается мужества утверждать именно это. Если электромагнитная теория требует, чтобы электрон падал на ядро, излучая энергию, а этого определенно не происходит, значит, эти законы не работают как раз на базисном уровне материальной действительности.