Roger Orrit - У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро.

• Название: У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро.
• Автор: Roger Orrit
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Эрнесту Резерфорду наука обязана доказательством существования атомного ядра, которое ученый определил как «муху» внутри «собора» атома. Несмотря на ничтожный размер, в ядре сконцентрирована большая часть массы атома, а значит, и энергии. Резерфорд считается лучшим экспериментатором своей эпохи: он оценил возраст Земли на основе радиоактивного распада, и за раскрытие этой тайны в 1908 году ему присудили Нобелевскую премию в области химии. Он первым добился искусственного превращения одного элемента в другой, воплотив в жизнь тысячелетнюю мечту химиков. После смерти Крокодил, как за сильный характер прозвали его коллеги и ученики, был похоронен в Вестминстерском аббатстве. Новозеландец покоится рядом с великими деятелями английской науки.

---

Были и те ученые, кто пытался навести мосты, восстановить совместные международные проекты, свойственные научной мысли. Несмотря на постоянные призывы уволить из английских и французских учреждений исследователей немецкого происхождения, руководители вроде Томсона, еще занимавшего пост директора Кавендишской лаборатории, не обращали на них никакого внимания.

Некоторые лучшие сотрудники Резерфорда были немецкого происхождения, среди них Ханс Гейгер и Отто Ган, с которыми он продолжал общаться. Гейгеру он писал, что очень хочет, чтобы война не нарушила связи, которые они всегда поддерживали. Наука вне границ, поэтому в 1926 году, когда Резерфорд уже был президентом Королевского общества, он сделал все возможное, чтобы прекратить травлю немецких ученых.

Отто Ган принимал участие в проекте по созданию смертельного горчичного газа, Гейгер был ранен и, пройдя курс лечения, вновь вернулся на войну. К счастью, он уцелел на фронте. Кроме того, Гейгер как мог старался помочь иностранным ученым, которых, например Джеймса Чедвика, преследовали в Германии. Учившийся у Резерфорда Чедвик получил стилендию для продолжения обучения в Германии с Гейгером.

ДЖЕЙМС ЧЕДВИК

Чедвик родился в Манчестере, учился в Кембридже, а затем и в университете родного города, где познакомился с Резерфордом. Благодаря контактам Резерфорда с Гейгером, Чедвику удалось получить работу в Берлинском техническом институте. Когда началась Первая мировая война, Чедвика обвинили в шпионаже и отправили в концентрационный лагерь. После войны Резерфорд поселил его в своем доме и нашел ему работу в Манчестере. Позже специально для Чедвика он придумал должность ассистента директора Кавендишской лаборатории. В обязанности Чедвика входило освобождение Резерфорда от административной работы, что он мог чередовать с собственными исследованиями по бомбардировке атомных ядер альфа-частицами. В 1932 году Чедвик приступил к изучению бериллия, вдохновившись трудами семейной пары Ирен Кюри и Фредерика Жолио. В результате Чедвик обнаружил нейтрон, еще одну важную составляющую ядра атома. Нейтроны превратились в новый инструмент для исследований. Так как нейтральный заряд делает их "невидимыми" для воздействия электрических полей, это позволяет им с большей легкостью сталкиваться с атомными ядрами. За эту работу Чедвик получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году, после чего он решил переехать в Ливерпульский университет, где ему обещали построить циклотрон. Однако эту идею не одобрял Резерфорд (циклотрон был американской разработкой, а ученые Старого Света с неприязнью смотрели на любые предложения из США). Чедвик участвовал в разных проектах, исследовавших возможность создания атомной бомбы. В 1945 году он был посвящен в рыцари, а в следующем году занял пост советника комиссии по атомной энергии Организации Объединенных Наций. Джеймс Чедвик умер 24 июля 1974 года.

Однако вскоре эта стипендия обернулась для него кошмаром. В начале войны его арестовали и отправили в концентрационный лагерь, раскинувшийся на месте бывшего ипподрома недалеко от Берлина. Там в заключении он провел три года. Это тягостное испытание не остановило его безудержную тягу к исследованию радиоактивности. Он нашел источники радиации и устроил импровизированную лабораторию, используя бытовые продукты, вроде зубной пасты с частицами тория. Радиоактивность в то время была брендом, так как ничего не было известно об опасности ее воздействия. Содержащийся в продуктах торий Чедвик использовал как источник радиации наравне с прогорклым сливочным маслом. Кроме того, его поддерживал Гейгер, старавшийся хоть как-то скрасить его заключение.

СМЕРТЬ НА ФРОНТЕ

Физик и химик Генри Мозли (1887-1915) был одним из самых блестящих ученых своего поколения, хотя полностью раскрыть свой талант он не успел, так как погиб на фронте. Мозли происходил из богатой британской семьи и очень рано вывел один из основополагающих принципов, скрытых в периодической таблице. Сам он сформулировал принцип так:

"У атома имеется фундаментальное качество, пропорционально увеличивающееся при переходе от одного элемента к следующему. Этим качеством может быть только положительный центральный заряд ядра".

Идеи Мозли предшествовали открытию протона Резерфордом, очевидно, что Резерфорд принимал их в расчет, когда в конце концов смог обнаружить частицу.

Это доказывает, что внутреннее строение всех атомов схоже, на основании этих результатов можно узнать нечто большее о том, из чего состоит атом.

Генри Мозли о понятии атомного номера

Мозли пришел к выводу, что если наблюдать длину волны рентгеновских лучей, испускаемых атомами, она находится в прямой зависимости от числа положительных зарядов, которое в итоге стало называться атомным номером (обозначаемым буквой Z). Разница в количестве протонов отличала один элемент от другого и определяла физико-химические свойства элемента. Таким образом атомное число заменяло атомный вес, который химики прежде использовали как отправную точку при идентификации элемента, влияющую на его химические характеристики.

Война началась, когда Резерфорд и Мозли были на симпозиуме в Новой Зеландии. Мозли представили научному сообществу как исследователя с большим будущим, после чего он должен был немедленно вернуться в Великобританию и присоединиться к армии. Резерфорд, по возрасту не подлежащий призыву, посвятил себя научным проектам, за которые удостоился нескольких премий, а также читал лекции. Он связался с некоторыми влиятельными людьми, чтобы добиться скорейшего возвращения своего ученика с фронта в лабораторию. Имелся весомый практический довод, который должен был убедить всех, почему эти молодые ученые, и Мозли в их числе, не должны отправляться в окопы. Впервые ход войны зависел от научных открытий, эффективно развивающих военные технологии, необходимые для победы.

Резерфорд говорил с влиятельными армейскими начальниками. Наконец, ему удалось объяснить, что Мозли принесет больше пользы своей стране в лаборатории, чем на поле боя, и тогда для него выписали разрешение покинуть фронт. К несчастью, было слишком поздно. В сражении при Галлиполи Мозли погиб. Пуля пробила ему голову, когда он склонился над телефоном (одним из недавних изобретений, используемых для военных целей), чтобы просить о помощи. Резерфорд горько сожалел об этой утрате: "Это национальная трагедия", — говорил он.

НА КОРОЛЕВСКОМ ФЛОТЕ

Резерфорд принял предложение возглавить отделение Королевского флота по разработке защиты от субмарин. В условиях блокады, наложенной союзниками, для немцев субмарины стали спасением. Они могли торпедировать и потопить любое судно, поэтому задача их обнаружения была приоритетной.

Британское военное командование без энтузиазма принимало предложения, поступавшие от академического мира, не было сделано исключение и для Резерфорда. Ему приходилось участвовать в долгих заседаниях, а с его мнением не считались. Однако обнаружение субмарин не было чисто британской проблемой. Французы и американцы также еще не имели технологической возможности обнаруживать субмарины.

Резерфорд направил все усилия на решение порученной ему задачи, хотя его советы пропадали впустую. Для исследований он приспособил лабораторные резервуары с водой и целые дни проводил на море, тестируя свои идеи на маленьком судне, единственном, что было ему предоставлено для проведения работ. В его лаборатории не было инструментов для калибровки подводных микрофонов, и тогда он пригласил одного обладавшего хорошим слухом лингвиста из университета. Резерфорд держал за ноги погрузившегося в воду лингвиста, а тот внимательно вслушивался в звуки.

После двухлетнего кропотливого изучения трудов по акустике, написанных лордом Рэлеем, Резерфорд, наконец, изобрел гидрофон. Этот аппарат, на который он получил свой первый и единственный патент, позволял улавливать звуки под водой, а значит, обнаруживать присутствие субмарин. Гидрофон основывался на пассивном методе обнаружения, при котором для превращения звуковых сигналов в электрические использовались пьезоэлектрические материалы. Несмотря на ограничения — шум машинного отделения корабля не позволял его использовать, необходимо было останавливать двигатель — ею широко применяли в конце Первой мировой войны.

В 1917 году делегация во главе с Резерфордом прибыла сначала в Париж, чтобы поделиться этим достижением с союзниками. Там он встретился со своим старым другом Лан- жевеном, также работавшим над проблемой обнаружения субмарин, и с Марией Кюри (которая состояла с Ланжевеном в сентиментальных отношениях, что вызвало скандал в обществе). Затем делегация направилась в США, где Резерфорд смог продемонстрировать преимущества своего изобретения американцам (у которых были экономические и материальные средства, но в научном плане они серьезно отставали). Одним из консультантов американской группы был постаревший Томас Алва Эдисон.