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.

---

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.

Резерфорд захотел улучшить свое изобретение, когда понял, что при использовании активной системы, которая могла бы испускать звуки с достаточной энергией, звуковые волны отталкивались бы от движущихся в воде тел. Так был разработан предшественник сонара, а идеями Резерфорда американцы действительно воспользовались, и в ходе Второй мировой войны топили немецкие корабли с помощью сонаров.

Меня очень хорошо принял старик, который был воодушевлен, как школьник.

Резерфорд о встрече с Эдисоном в Соединенных Штатах

Разочарование британскими военными и отсутствие экономической поддержки для развития идей способствовали нарастанию скептицизма Резерфорда, в результате он вернулся к традиционным направлениям своих исследований.

ВОЗВРАЩЕНИЕ В КАВЕНДИШ

Во время войны Кавендишская лаборатория, которой все еще руководил Томсон, была передана в распоряжение военного учреждения. Были прекращены занятия и закрыты проекты, так что в конце войны стояла трудная задача снова сделать лабораторию эпицентром научной жизни. Томсон принял должность в другом университете, и его кресло освободилось. Из кандидатур, рассматривавшихся в качестве преемника Томсона, Резерфорд был лучшим.

В 1919 году Резерфорд закончил учебный год в Манчестере и вернулся в Кавендишскую лабораторию. Он возвращался, будучи директором и нобелевским лауреатом, имея на счету самые памятные научные открытия своей эпохи.

Резерфорду предстояла сложная задача. С одной стороны, ему было необходимо финансирование, и в целом он получил его от государства в результате пробужденного войной интереса к науке. При этом он даже мог разорвать отношения с некоторыми частными спонсорами, считая, что наука должна избегать излишеств. Он выдерживал строгость как характерную черту своего научного центра, что иногда встречало непонимание сотрудников. Его собственная карьера была примером того, как далеко можно зайти при достаточно скромных средствах. С другой стороны, как раз тогда у ученого появились еще большие потребности. Новые исследования требовали значительных финансовых затрат на приобретение инструментов. Резерфорду необходимо было время, чтобы убедиться: для разгадки тайн атомного ядра нужны деньги и оборудование.

Как директор лаборатории Резерфорд должен был заниматься возросшим количеством студентов, исследователей, расширять имеющиеся помещения и структуры. Несмотря на это он уделял время своей команде исследователей, решал все вопросы и оказался прекрасным руководителем. Он был очень требователен к результатам, но в то же время вдохновлял сотрудников на дальнейшую работу. Таким образом он получал максимальную отдачу, вкладываясь в своих студентов. У него всегда была способность окружать себя лучшими учениками и исследователями, и те, кто были рядом с ним, неизбежно становились лучшими. Это был "питомник" для будущих Нобелевских лауреатов.

В тот период было необходимо позаботиться об исследователях, пытавшихся наладить жизнь после войны. Резерфорд занимался этим, и нередко требовалось его личное вмешательство. Чедвик — один из таких людей, и Резерфорд его очень высоко ценил. После окончания войны Чедвик освободился из заключения в концентрационном лагере, но его физическое состояние было тяжелым, и он находился в глубокой депрессии. Ему было только 27 лет, но он не видел никаких перспектив. Резерфорд взялся за него, и через десятилетие Чедвик обнаружил нейтрон и стал нобелевским лауреатом.

У нас нет денег, поэтому нам надо думать.

Эрнест Резерфорд

В звездной команде Кавендишской лаборатории этой эпохи не хватало математика. Развитие квантовой физики основывалось на математических абстракциях, требовавших умения выполнять сложные математические расчеты. Резерфорду был нужен математик, и он нашел место в лаборатории для одного из лучших математиков Кембриджа, Ральфа Говарда Фаулера.

Миссия нового сотрудника заключалась в математическом выражении теорий квантовой физики, над которыми работали Бор, Гейзенберг и Шредингер. Этот математик, служивший во время войны в артиллерии, даже стал членом семьи Резерфордов, когда в 1921 году женился на Эйлин. Вместе с Фаулером к проектам Резерфорда в Кавендишской лаборатории были привлечены Патрик Мейнрад Стюарт Блэкетт, Джон Кокрофт, Эрнест Уолтон и Петр Капица.

Когда Резерфорд возглавил Кавендишскую лабораторию, он оказался погруженным в административную работу, что принципиально отразилось на его исследованиях. Хотя он поддерживал собственную исследовательскую программу, большую часть времени отнимало руководство, а также обрушившаяся на него лавина международных премий и почестей.

Ему нужно было постоянно и на длительное время уезжать туда, где требовалось его присутствие. Среди почестей, которых он был удостоен, самыми важными являются назначение на должности президента Британской ассоциации научного развития (1923) и президента Королевского общества (1925). Свалившаяся на него ответственность снизила его научную активность: после невероятного ритма ежегодных публикаций настал период, когда издания практически прекратились.

Одна из немногих оригинальных научных теорий, которой Резерфорд занимался в 1920-е годы, оказалась ошибочной. Он считал, что само атомное ядро состоит из более мелкого ядра, вокруг которого вращаются субчастицы. То есть внутри ядра он надеялся обнаружить воспроизведение в меньшем масштабе строения атома, как будто бы речь шла о матрешке. Бор критиковал эту теорию, и в конце концов Резерфорд признал очевидность факта своей ошибки.

Пришел ли в это время закат его блестящей карьеры? Был ли это момент, когда Резерфорду можно было воздавать почести за его заслуги, но и не ожидать ничего большего? Его созидательная способность и энергичность не позволили его карьере сойти на нет. Уже в 1920 году на Бейкерианской лекции он показал, что еще способен на искры гениальности и может делать невероятные для своей эпохи открытия.

ИСТОРИЯ КАВЕНДИШСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Лаборатория была основана в 1874 году в разгар Промышленной революции, в момент острейшей экономической конкуренции между Соединенным Королевством, Германией и Францией. В тот период существовало убеждение, что молодежь нужно готовить к проведению опытов и практическому применению научных идей, и способствовать таким образом развитию новых отраслей промышленности. В Берлине уже существовала лаборатория экспериментальной физики, когда Генри Кавендиш, герцог Девоншира и фабрикант, согласился финансировать кафедру в Кембридже, получившую его имя. Первым директором Кавендишской лаборатории стал блестящий шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, благодаря которому лаборатория была оснащена необходимым для работы оборудованием. Одна из целей состояла в стандартизации единицы измерения электрического сопротивления, и это исследование прославило лабораторию как учреждение, где приоритет отдавался решению практических задач. Максвелл умер через пять лет, на посту директора его сменил лорд Рэлей, наметивший курс экспериментальной физики, ставшей осью для всего учреждения. Рэлей ушел в отставку в 1884 году, и на его место пришел молодой малоизвестный физик и математик Дж. Дж. Томсон, при котором в лаборатории центральной темой стало раскрытие тайны атома. Несмотря на то что центр существовал в непростых экономических условиях — финансирование шло только от записи студентов, без государственного обеспечения, — лаборатория продолжала привлекать самых блестящих ученых. Резерфорд, ставший преемником Томсона в 1919 году, не имел серьезных финансовых проблем, так как лаборатория получила государственную поддержку. После него в 1938 году директором стал Уильям Брэгг, при котором развивалась рентгеновская кристаллография — фундаментальная техника, позволившая сфотографировать молекулу ДНК, что привело к разгадке ее структуры двойной спирали. В 1954 году под руководством Невилла Мотта начались исследования конденсатов. А в 1971 году, когда директором стал Брайан Пиппард, произошло значительное расширение лаборатории. А с 1984 года Сэм Эдвард направил усилия лаборатории на изучение мягкого конденсированного вещества. С 1995 года директором лаборатории является Ричард Френд, эксперт по инженерии углеродных полупроводников.