Федор Кедров - Цепная реакция идей

• Название: Цепная реакция идей
• Автор: Федор Кедров
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1975

Книга посвящена жизни и научному творчеству шести выдающихся ученых-физиков XX века, сыгравших исключительную роль в развитии физики атомного ядра и элементарных частиц. Это англичанин Эрнест Резерфорд, советские ученые П.Л. Капица, Я.И. Френкель, И.Е. Тамм, французы Ирен и Фредерик Жолио-Кюри.

---

Может быть, маленькая светящаяся трубка в обожженных радием руках Пьера Кюри натолкнула Резерфорда на мысль тотчас же заняться изучением альфа-частиц по их свечению (сцинтилляциям) при ударе о люминесцирующий экран из сернистого цинка. Во всяком случае Резерфорд, вернувшись в Канаду, применил в своих исследованиях метод сцинтилляции. Позднее в Англии с помощью этого метода было открыто атомное ядро. Достаточно напомнить об одном этом открытии, чтобы судить о выдающемся значении сцинтилляционного метода в физике.

Резерфорд своими работами создал Мак-Гпллскому университету известность во всем мире; провинциальное учебное заведение превратилось в крупнейший в то время мировой центр изучения радиоактивности. Однако самому Резерфорду казалось, что здесь его работы продвигаются недостаточно быстро отчасти из-за того, что круг его сотрудников сравнительно узок. Ему хотелось привлечь к своим исследованиям одаренных молодых ученых, окончивших лучшие европейские университеты: Кембриджский, Геттингенский, Сорбонну и другие. В те времена Канада казалась европейцам очень далекой страной. Трудно было уговорить молодого ученого отправиться туда для многолетней работы. Резерфорда не удовлетворяло такое положение. Еще в 1901 году он писал в Кембридж Дж. Томсону:

«После пяти лет, проведенных в Кевендише, я чувствую себя несколько в стороне от науки; мне очень не хватает общения с людьми, интересующимися физикой».

В 1907 году Резерфорд с женой и шестилетней дочерью Эйлин-Мери переезжает из Канады в Англию. К этому времени он уже был не только членом Лондонского Королевского общества, но и лауреатом медали Румфорда, присуждаемой за выдающиеся научные заслуги.

В Англии Резерфорд должен был занять должность профессора кафедры физики Манчестерского университета. Его предшественник профессор Артур Шустер в связи с уходом в отставку по возрасту предложил совету университета пригласить на освобождающееся место профессора Резерфорда. Кафедра единогласно проголосовала за эту кандидатуру и направила в Монреаль официальное приглашение.

В Манчестерском университете Резерфорд немедленно принялся за работу и менее чем за три недели, что в то время можно было считать рекордом, оборудовал установку для изучения эманации.

Среди сотрудников лаборатории, принявших участие в эксперименте Резерфорда, были молодые физики: Ганс Гейгер, приехавший из Германии, новозеландец Робинсон и студент-англичанин Томас Ройдс.

Гейгер почти не занимался со студентами. Его основной обязанностью была исследовательская работа. Резерфорд предоставил Гейгеру полную возможность разрабатывать собственную идею ионизационного метода счета альфа-частиц. Счетчики Гейгера для измерения интенсивности радиоактивного излучения навсегда вписали имя этого выдающегося ученика Резерфорда в историю ядерной физики.

В Манчестерской лаборатории Резерфорд приступил к широким опытам по исследованию альфа-частиц методом подсчета их с помощью сцинтилляционного счетчика. Опыты начались в 1908 году после того, как Венская академия наук прислала 400 миллиграммов радия (через 20 лет Кембриджский университет заплатил за этот радий 3000 фунтов стерлингов). В этих утомительных и долгих опытах Резерфорду помогал Гейгер.

В том же 1908 году Резерфорду присудили Нобелевскую премию в области химии за работы по теории радиоактивности. Почему в области химии — ведь Резерфорд был физиком? Это объясняется тем, что тогда ученые еще точно не знали, к какой из этих наук причислить радиоактивность. В сенсационном открытии радиоактивности участвовали и физики и химики. Анри Беккерель, обнаруживший радиоактивность урана, был физиком. Мари Кюри была химиком, а ее муж Пьер Кюри — физиком. Они вдвоем открыли радиоактивные элементы полоний и радий, выделили их из минералов и изучали физические и химические свойства. В современной науке явление радиоактивности — объект изучения и физики и химии.

Но Резерфорд изучал радиоактивность как физик и впоследствии он создал на основе своих исследований чисто физическую науку — ядерную физику.

Для вручения премии Резерфорд был приглашен в Стокгольм. Он выехал туда вместе с женой пароходом из Лондона.

В этот период 37-летний ученый внешне скорее был похож на спортсмена или агронома, чем на физика-исследователя, проводившего годы работы в лаборатории с радиоактивными веществами. Он был весел и жизнерадостен, живо воспринимал юмор, громким заразительным смехом отзывался на остроты собеседников.

На пути в Стокгольм пароход сделал краткую остановку в Копенгагене. Знакомясь с городом, ученый не знал, что вскоре ему предстоит познакомиться с одним из его выдающихся представителей — Нильсом Бором, которому суждено было стать самым знаменитым учеником Резерфорда. В это время двадцатитрехлетний физик, только что окончивший Копенгагенский университет, был награжден золотой медалью Датского Королевского общества за свою первую научную работу.

Нобелевская премия была вручена Резерфорду 10 декабря. В тот же вечер в зале Стокгольмской городской ратуши состоялся банкет, на который было приглашено 800 гостей; здесь присутствовала и королевская семья. Отвечая на приветствия, Резерфорд шутливо сказал: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями с разными периодами, но самым быстрым из всех оказалось мое собственное превращение в один момент из физика в химика».

Возвращаясь из Швеции в Англию, Резерфорд посетил голландский город Лейден, где работали два всемирно известных физика — Лоренц и Каммерлинг-Оннес. Он осмотрел главные достопримечательности Лейдена: дом, где родился Рембрандт, и криогенную лабораторию Каммерлинг-Оннеса, «ожижившего» самый неподатливый газ — гелий.

Наряду с возможностью получения сверхсильных магнитных полей, необходимых для отклонения частиц, Резерфорд интересовался уже в этот период сверхнизкими температурами, высоко оценивая их роль в изучении структуры вещества. Резерфорд и здесь оказался прав. Спустя несколько лет в Кембридже появился П.Л. Капица, который занялся этими проблемами и достиг блестящих результатов. Благодаря усилиям Резерфорда была создана специальная лаборатория имени Монда при Королевском обществе, директором которой стал П.Л. Капица.

По возвращении в Манчестер Резерфорд при участии двух своих сотрудников Гейгера и Ройдса произвел серию опытов, подтвердивших, что альфа-частицы есть не что иное, как дважды ионизированные (т.е. потерявшие по два электрона) атомы гелия.

Подобный эксперимент был успешно проведен Резерфордом еще в Канаде. Однако тогда опыт не был достаточно наглядным — никто своими глазами не увидел гелия, «рожденного» радием. А в те времена физики не были психологически подготовлены к принятию такого рода экспериментов.

И вот, несмотря на определенность результата, полученного в Монреале, Резерфорд решил провести такой опыт, в котором он мог бы наглядно продемонстрировать гелий, образующийся при альфа-распаде.

Этот исторический опыт Резерфорда, благодаря которому уже ни у кого не могло остаться сомнения в правильности его теории радиоактивного распада, достоин описания, хотя он и был осуществлен более 60 лет назад.

Рис. 1. Опыт Резерфорда, подтвердивший правильность теории радиоактивного распада

В запаянную стеклянную трубку 2 Резерфорд поместил некоторое количество радона — эманации радия. Толщина стенок этой трубки 0,01 миллиметра. Они достаточно тонки, чтобы испускаемые радоном альфа-частицы могли проходить через них во внешнюю трубку 3. Перед опытом трубка 3 тщательно откачивалась, и в ней спектрографическим путем нельзя было обнаружить линий гелия. Через несколько дней в трубке 3 обнаружилось накопление газа. Повышая давление в приборе, накопившийся газ можно было сконцентрировать в трубке 1. Через трубку пропускался электрический разряд и тогда оказывалось, что в ней спектральный анализ показывает характерные лилии гелия. В трубке был гелий. Но, может быть, он попал в трубку 2 по недосмотру вместе с радоном, а оттуда проник в трубки 3 и 1? Контрольный опыт дал на этот вопрос отрицательный ответ. Точно в такой же прибор (в трубку 2) Резерфорд помещал не радон, а чистый гелий. Однако через несколько дней в трубке 1 линии гелия не обнаруживались. Гелий не мог пройти через стеклянные стенки трубки 2 в трубку 3. Альфа-частицы же легко проходили через стекло и накапливались в трубке 3, а затем концентрировались в трубке 1, где и подвергались спектральному анализу, давая линии гелия.

Итак, гелий сначала был открыт в спектре солнечных лучей, затем в минералах и еще позже Резерфордом в радиоактивном распаде тория, урана и радия. После этих опытов внимание многих ученых было привлечено к гелию.