Даниил Данин - Вероятностный мир

• Название: Вероятностный мир
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Знание
• Жанр: Альтернативная история
• Год: 1981

14 декабря 1900 года впервые прозвучало слово «квант». Макс Планк, произнесший его, проявил осторожность: это только рабочая гипотеза. Однако прошло не так много времени, и Эйнштейн с завидной смелостью заявил: квант — это реальность! Но становление квантовой механики не было спокойно триумфальным. Здесь как никогда прежде драма идей тесно сплеталась с драмой людей, создававших новую физику. Об этом и рассказывается в научно–художественной книге, написанной автором таких известных произведений о науке, как «Неизбежность странного мира», «Резерфорд», «Нильс Бор». Собирая материал для своих книг, автор дважды работал в архиве Института теоретической физики в Копенгагене.

Книга научно–художественная. Для широкого круга читателей.

---

Альфа–частицы новозеландец называл «веселыми малышами». Кажется, он вообще питал глубоко личные симпатии — вполне человеческие — ко всем незримым обитателям микромира. Когда в 1932 году его ученик Джеймс Чэдвик открыл предсказанный им, Резерфордом, нейтрон и Нильс Бор обрадованно признал реальность этой новорожденной нейтральной частицы, сэр Эрнест ответным письмом сердечно поблагодарил датчанина — так, точно речь шла и впрямь о пополнении его, Резерфордова, семейства. А к альфа–частицам у него всегда сохранялось особое пристрастие. Они принесли ему решающе важные сведения об устройстве атомов. Как надежнейший тонко проникающий бур, они–то и помогли ему еще в молодости «рыть глубоко»…

Десять лет ушло на установление основных свойств и природы альфа–частиц.

…Масса — учетверенный атом водорода. Заряд — в два раза больший, чем у электрона, и притом положительный: +2. Скорость движения при вылете из радиоактивного атома 10 — 20 тысяч километров в секунду. Химические свойства — как у элемента гелия, сперва открытого в спектрах солнца и только потом на земле…

Десять лет работы! При нынешнем лабораторном инструментарии на выяснение всего этого понадобился бы один месяц, если не один день. Но тогда еще только–только рождались основы для конструирования сегодняшнего инструментария атомной физики. Вместе с идеями рождались ее методы. Среди них — фундаментальнейший: изучение рассеяния микрочастиц при их прохождении через вещество.

Началось это тогда, когда восемь лет работы с альфа–лучами были уже позади, — летом 1906 года в Канаде, где Резерфорд возглавлял физическую лабораторию Макгилльского университета. Непредвиденное и почти неприметное событие взбудоражило его мысль: узенький пучок альфа–частиц, пронизав тонкий слюдяной листок, чуть–чуть расширился. Вот и все, что случилось. Но отчего это случилось?

Фотопластинка зафиксировала отклонение доли частиц на два градуса от перпендикуляра. Возможно, иные отклонялись еще сильнее, да только почернение пластинки от их падения было, очевидно, нечувствительно слабым. 2° — сущий пустяк. Однако летели–то массивные микропули и притом с огромными скоростями! Что же могло сбить их с прямого пути? По–видимому, только электрическое воздействие встречных атомов, когда они, заряженные альфа–частицы, пронизывали тонкий листок слюды. Несложный расчет дал внушительный результат: тут проявлялось отклоняющее действие силового поля напряженностью в 100 000 вольт на сантиметр. Резерфорд тогда же написал:

«Такой результат ясно показывает, что атомы вещества должны быть средоточием очень интенсивных электрических полей».

Первый же — случайный! — опыт по рассеянию альфа–частиц выводил на дорогу, ведущую в глубь атома, Новозеландец безошибочно почуял это.

Веселые малыши заслуживали его любви.

5

А потом в Манчестере 1909 года — не прошло и трех лет! — произошло вот что:

«Он повернулся ко мне и сказал: — Посмотрите–ка, не сможете ли вы получить некий эффект прямого отражения альфа–частиц от металлической поверхности?

Не думаю, чтобы он ожидал чего–нибудь подобного, но это было одно из тех «предчувствий», когда появляется надежда, что, быть может, кое–что все–таки удастся наблюдать, и уж во всяком случае удастся прощупать разведкой ту территорию, что соседствует с «землей Тома Тиддлера»…»

Так через пятьдесят с лишним лет вспоминал проис шедшее ученик Резерфорда, его тезка, Эрнест Марсден. «Земля Тома Тиддлера» — английское иносказание, равносильное русскому «золотое дно». Конечно, с расстояния в полвека открывшееся тогда золотое дно было видно постаревшему Марсдену во всей своей бескрайности. Но в 1909 году даже самому Резерфорду это предчувствие казалось сверхнесбыточным. Прямое отражение альфа–частиц от тоненького листка металлической фольги означало возвращение их вспять — полет обратно к радиоактивному источнику! Позднее он не раз повторял, что не верил, будто это возможно:

«То было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги 15–дюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас».

Резерфорд не преувеличивал абсурдности ожидаемого эффекта. Альфа–луч походил на острую стрелу, запущенную с чудовищной скоростью из лука. И ей–то предлагалось, вонзившись в бумажную мишень, повернуть от нее в обратном направлении — к еще пульсирующей тетиве!.. Отчего он заказал такой бессмысленный эксперимент совсем юному ученику? Марсдену тогда едва исполнилось двадцать лет, и он только помогал в работе многоопытному доктору из Германии Гансу Гейгеру (тому самому, что позднее прославился как изобретатель счетчика радиации).

Угадывается этическая осмотрительность Резерфорда. Поручить заведомую несуразицу мастеру было бестактно: еще пойдет гулять молва, порочащая его. А неудача подмастерья — другое дело: невелик спрос — не выйдет, так сразу все и забудется… Словом, в самом выборе Марсдена сквозила осознаваемая нелепость задуманного эксперимента.

Трезвость — логика — расчет — солидность… Куда все подевалось? Загадочно. Но, может быть, непреходящая готовность послать к чертям признанные нормы трезвой рассудительности и пуститься на риск — это и есть психологическая норма поведения, разрешенная великим работникам науки? (Конечно, загадка так не разгадывается, но хоть очерчиваются ее контуры.)

В общем, юный Марсден трудился не зря! И вскоре Гейгер начал ревностно помогать собственному помощнику: перед обоими замерцала вдали земля Тома Тиддлера. Буквально — замерцала. Чтобы следить за рассеянием альфа–частиц, они ставили под разными углами к металлическим мишеням экран из сернистого цинка: отклонившиеся в сторону частицы, падая на такой экран, вызывали на нем мерцание — короткие вспышки–сцинтилляции. По этим вспышкам альфа–частицы можно было считать в темноте зашторенной лаборатории.

Через двадцать семь лет, за год до смерти, Резерфорд с нисколько не постаревшим изумлением вспоминал один из весенних дней 1909 года:

«…Гейгер вошел ко мне и в страшном возбуждении сказал: — Нам удалось наблюдать альфа–частицы, возвращающиеся назад!»

В тот день — точно не зарегистрированный — стартовало создание первой научно обоснованной атомной модели. И одновременно стартовала сама ядерная физика.

Но должно было пройти еще около двух лет, прежде чем на исходе 1910–го или в начале 1911 года у Резерфорда появилось право поменяться ролями с Гейгером. Тоже через двадцать семь лет Гейгер в свой черед вспоминал другой памятный день:

«Однажды Резерфорд вошел в мою комнату, очевидно, в прекраснейшем расположении духа, и сказал: — Теперь я знаю, как выглядит атом!»

На что же понадобились почти два года, разделившие эти симметричные сцены?

6

Они понадобились не столько на повторение экспериментов, сколько на повторное взвешивание–перевешивание возможного истолкования состоявшегося чуда.

Правда, Гейгеру и Марсдену пришлось насчитать в темноте миллион сцинтилляций, чтобы статистически достоверно изучить «бессмыслицу», «несуразицу», «абсурд». То была подвижническая работа. Между прочим, Эйнштейн, по свидетельству Отто Фриша, удивлялся продуктивности альфа–бомбардировок, сравнивая их «со стрельбой по воробьям в полной темноте».

Наш известный физико–химик Николай Шилов, посетивший в 10–х годах Манчестер, написал тогда про альфа–частицы поэтические строки: они «заставляют экран из сернистого цинка блестеть, как перо жар–птицы, ярким голубым сиянием неописуемой красоты». Это он наблюдал альфа–лучи, прямо падавшие на экран от источника, без рассеяния в металлических мишенях.

А частицы, возвращавшиеся назад, — другими словами, рассеянные на углы чуть ли не в 180°, — были редкостью: всего одна на 8000 альфа–частиц переживала эту судьбу! И одиночные голубые вспышки от их падения всегда возникали внезапно — через непредсказуемые интервалы. Следовало постоянно быть настороже. Нетерпеливый Резерфорд для такой работы не годился, да и вечно возбужденные его глаза уставали слишком быстро: «Я проклинал все на свете и отступал через две минуты…».

Зато ни на минуту не отступал он от другого — от поисков ответа на вопрос: что же происходит, когда «15–дюймовый альфа–снаряд» поворачивает вспять от мишени? Время пожирала вот эта неустанная работа мысли. И, между прочим, напрасно Резерфордов ученик более поздней поры — 30–х годов — Норман Фезер уверял в своей биографии учителя, что в 10–х годах случился в Манчестере «пустой год». Это все равно что счесть «пустым» время прорастания зерна в земле.

Любопытно, что сам же Фезер отметил: «Резерфорд был поставлен в тупик». Так ведь из тупика есть только два выхода: или уйти назад восвояси, или проламываться вперед. Резерфорд был из тех немногих, что предпочитают проламываться. Еще больше это походило на постепенный снос высокой стены — камень за камнем.