«Наша эпоха является временем эксперимента, временем, когда экспериментатор является пионером в исследовании новых проблем. В то же время это и эпоха смелых теоретических идей, таких, как квантовая теория, и теория относительности. Я чувствую, как велика привилегия быть очевидцем этого периода, который может быть назван ренессансом физики»
Эти слова принадлежат Эрнесту Резерфорду (1871 - 1937) - ученому, открывшему перед человечеством неисчерпаемый мир атома.
Столетие со дня рождения великого физика торжественно отмечается в Советском Союзе. На XIII Международном конгрессе по истории науки (Москва, август 1971 г.) один из коллоквиумов был посвящен этой дате. Председательствовал на коллоквиуме академик П. Капица участие в его работе приняли ученики и сотрудники Резерфорда, съехавшиеся из многих стран мира (среди них - П. Блэккет, Н. Фрезер, Д. Шенберг, и ряд других).
К знаменательной дате Министерство связи СССР выпустило марку в честь великого ученого, а Академия наук - памятную медаль.
РЕЗЕРФОРД О РАБОТАХ РЕЗЕРФОРДА
К столетию со дня рождения Эрнеста Резерфорда в издательстве «Наука» впервые на русском языке выходят избранные научные труды великого ученого. Интересно и поучительно читать их сегодня - прослеживать историю зарождения современной физики, написанную одним из ее создателей; постигать динамику научного познания - от кропотливой работы экспериментатора до удивительных по силе, и простоте выводов, сделанных на их основе; сравнивать предсказания «старого мастера» науки с ее сегодняшним днем.
О работах Резерфорда в этой статье рассказано его собственными словами, сопровожденными краткими пояснениями составителя.
Кандидат физико-математических наук Ю. ЦИПЕНЮК.
В 1895 годи в Англию, в Кембриджский университет, из далекий Новой Зеландии для продолжения научной работы приезжает двадцатичетырехлетний Эрнест Резерфорд - сын небогатого фермера и сельской учительницы, обладатель «стипендии 1851 года» (так называлась самая высокая стипендия в Англии, которую мог получить начинающий исследователь из колоний или доминионов).
Радиоактивность, открытая годом позже, сразу же увлекает молодого ученого.
«Интересно оглянуться назад, и представить себе, что произошло бы, если бы радиоактивность храпа была открыта раньше. Элемент, впоследствии названный ураном, был открыт в 1789 году, более столетия назад, Клапротом Если бы он поместил это вещество вблизи электроскопа, он мог бы отметить, что этот элемент заставляет разряжаться наэлектризованные тела, но, по моему мнению, на этом бы все и закончилось. Люди сказали бы, что это любопытно, но не сделали бы отсюда никаких выводов. Никто бы не задался вопросом, чем объясняется этот эффект. Для науки характерно, что открытия происходят преимущественно тогда, когда общественная мысль к ним подготовлена» (1936 г.).
1898 год.
Первая же работа Резерфорда, посвященная радиоактивности, приводит к открытию излучение урана имеет с южный состав. В научную литературу входит два новых тер чина, предложенных молодым ученым. – альфа и бета луча.
«Для определения состава излучения мы использовали электрический метод. Общая схема установки показана на рисунке.
Металлический уран или соединения урана, которые мы исследовали, были смолоты в порошок, и равномерно насыпаны на центральную часть горизонтально расположенной цинковой пластины А площадью 20 см2. Параллельно этой пластине на расстоянии 4 см была расположена пластина В площадью также 20 см 2. Обе пластины были изолированы. Пластина А соединялась с одним полюсом батареи напряжением 50 вольт, а другой полюс батареи был заземлен; пластина В соединялась с одной парой квадрантов электрометра, другая пара которого также заземлялась. Под влиянием излучения урана между пластинами А и В возникал ток разряда.
Слой порошка накрывался листками тонкой металлической фольги, и измерялась скорость разряда при различном числе листков.
Мы обнаружили, что для первых трех листков алюминиевой фольги интенсивность излучения спадает в соответствии с обычным законом поглощения, а при добавлении еще восьми листков интенсивность излучения уменьшается слабо.
Эти опыты показывают, что излучение урана неоднородно по составу - в нем присутствуют по крайней мере два излучения различного типа одно очень сильно поглощается - мы назовем его для удобства а-излучение, а другое имеет большую проникающую способность - мы назовем его (В-излучением» (РhilоsорhiсaI Magazine, sег. 5, V. 47, 1899).
В том же году Резерфорд - иже известный исследователь - получил приглашение возглавить кафедру физики в Монреальском университете и уезжает в 1ланаду.
«В университете я. встретился с Р. В. О) псом, новым профессором электротехники, который прибыл одновременно со мной. Оуэнс получи 1 стипендию, которая обязывала его проводить некоторые физические исследования, он спросил, не могу ли я предложить ему тему для исследования, которым он мог бы оправдать эту стипендию. Я предложил ему исследовать с помощью электроскопа торий, радиоактивность которого незадолго до этого была открыта Шмидтом. Я помогал ему в проведении экспериментов, и мы обнаружили, некоторые очень странные; явления. Оказалось, что радиоактивное воздействие окиси тория может проникать сквозь дюжину листков бумаги положенных поверх этой окиси, но задерживается пластинкой слюды, - как будто излучается нечто, способное диффундировать сквозь поры бумаги. На показания прибора очень сильно влияло движение воздуха, и этот факт поддерживал диффузионную гипотезу. Затем мы провели эксперименты, в которых воздух проходил над окисью тория, а потом попадал в ионизационную камеру. Однако, если воздух переставал течь, активность в ионизационной камере прекращалась не сразу, а убывала постепенно по экспоненциальному закону.
1900 год.
Объяснение «странных явлений» привело к открытию «эманации» - первого газообразного радиоактивного вещества.
«Явления, происходящие с соединениями тория, можно полностью объяснить, если предположить, что, кроме обычного излучения, из массы активного вещества в большом количестве выделяются радиоактивные частицы. Они постепенно диффундируют в окружающий газ, и становятся в нем центрами ионизации» (Philosophical Magazine, sег. 5. v. 49, р. 1, 1900).
«Я назвал это газообразное вещество, которое может диффундировать сквозь бумагу, переноситься воздухом и сохранять свою активность в течение некоторого времени, «эманацией тория»
1902 год.
К исследованию радиоактивности Резерфорд привлекает молодого канадского физика Фредерика Содди. Они изучают химические свойства продуктов радиоактивного распада, и первыми объясняют сущность радиоактивных превращений.
«На основании подробного исследования состава тория, радия и урана мы пришли к заключению, что радиоактивные тела находятся в состоянии превращения, в результате чего образуется ряд новых веществ, полностью отличающихся по химическим, и физическим свойствам от исходного элемента. Из независимости скорости превращения от химических и физических воздействий следует, что превращения носят атомный, а не молекулярный характер. Было показано, что каждое из этих новых тел теряет свои радиоактивные свойства в соответствии с определенным законом.
Даже до открытия материальной сущности (t-лучей считалось вероятным, что излучение любого конкретного вещества сопровождается разрушением его атомов. Доказательство того, что (4-частица представляет собой выбрасываемый атом вещества, сразу же подкрепило этот вывод, и в то же время дало более конкретное и определенное представление о процессах, происходящих в радиоактивном веществе. На основании полученных данных можно было сделать вывод, что начало последовательности химических превращений, имеющих место в радиоактивных телах, обусловлено испусканием (4-лучей, то есть выбрасыванием из атома тяжелой заряженной массы. Остающаяся часть является нестабильной, и подвергается дальнейшим химическим изменениям, которые, в свою очередь, сопровождаются эмиссией (4-лучей или в некоторых случаях также испусканием 0-лучей.
Энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении. По своему химическому и физическому поведению радиоактивные элементы ничем не отличаются от других элементов. С одной стороны, они очень близки по химическим свойствам к своим прототипам в периодической системе, с другой стороны, у них нет никаких химических признаков, которые можно было бы связать с их радиоактивностью. Поэтому нет оснований предполагать, что только атомы радиоактивных элементов обладают такой огромной внутренней энергией. По всей вероятности, энергия атома вообще очень велика, однако при отсутствии превращений она не может проявиться. Большая величина внутренней энергии атома объясняет устойчивость химических Элементов, а также сохранение радиоактивности при всевозможных условиях» (Philosophical Magazine, sег. 6, V 5. р. 576, 1903).
Открыв законы радиоактивного распада, Резерфорд тотчас же удивительно верно оценивает перспективность радиоактивных методов исследования.
Любопытно отметить, что идентификация трансурановых элементов, созданных человеком, сегодня проводится именно по той методике, которую Резерфорд предсказывал еще в 1903 году.
«Если существуют элементы более тяжелые, чем уран, то вполне вероятно, что они окажутся радиоактивными. Исключительная чувствительность методов химического анализа, основанных на радиоактивности, позволит опознать эти элементы, даже если они будут присутствовать в ничтожно малых количествах. Поэтому можно ожидать, что в будущем число известных радиоактивных элементов увеличится, и, что в незначительных количествах существует гораздо больше радиоактивных элементов, чем три известных к настоящему времени. Чисто химические методы исследования окажутся малопригодными на первом этапе изучения таких элементов. Основными факторами здесь являются постоянство характеристик их излучений, и существование или отсутствие эманаций или других продуктов распада» (1903 г.).
1904 год.
Глубокое понимание процесса радиоактивного распада приводит Резерфорда к решению проблемы возраста Земли, остро стоявшей в то время. Расчеты физиков совершенно не соответствовали представлениям геологов, и биологов о продолжительности эволюции мира.
«Лорд Кельвин при решении задачи о возрасте Земли предполагал, что Земля первоначально имела температуру расплавленной горной породы, и со временем постепенно охлаждалась, излучая теплоту с поверхности в пространство. Однако обнаружение в Земле веществ, подобных радию, которые интенсивно испускают тепло, сразу же наводит на мысль о том, что Земля не простое остывающее тело, а такое, в котором постоянно рождается теплота. Оказывается, что количество радия, имеющегося в земной коре, не только достаточно для поддержания внутреннего тепла Земли, - его даже больше, если предположить, что он равномерно распределен по всей массе Земли.
Новая точка зрения относительно источника земного тепла никоим образом не решает проблемы возраста Земли. Этот недостаток, однако, восполняется, если принять во внимание еще одно замечательное свойство радия он постоянно образует устойчивый элемент - гелий. Скорость образования гелия пока еще точно не определена, но, по-видимому, один грамм радия образует за год при нормальных давлении и температуре около одной десятой кубического сантиметра гелия.
Рассмотрим ради примера очень плотный минерал, в котором гелий непрерывно образуется из радия, но не может просочиться наружу. Содержание гелия в минерале со временем постепенно увеличивается, и общее его количество должно быть пропорционально возрасту минерала, и содержанию в нем радия. Если скорость образования гелия из радия равна указанной величине, то можно подсчитать достаточно точно, что минерал торианит имеет возраст по крайней мере 500 миллионов лет, что равно времени, прошедшему с момента формирования данного минерала в земной коре. Это минимальная оценка, так, как, вероятно, некоторое количество гелия с течением времени выделилось из минерала. Подобные же результаты были получены при исследовании других радиоактивных минералов. Возраст большинства из них составляет примерно 500 - 1 000 миллионов лет.
Я уверен, что, когда константы, используемые в эти расчетах, будут точно определены, то этот метод окажется наилучшим методом точного определения возраста радиоактивных минералов, и косвенно - возраста геологических слоен, в которых они обнаружены.
Согласно конденсационной гипотезе Кельвина, и Гельмгольца, тепловое излучение Солнца является результатом постепенного сжатия его вещества, обусловленного гравитацией. На основе этой гипотезы Кельвин считал невероятным, чтобы Солнце светило с нынешней яркостью еще в течение двенадцати миллионов лет; более вероятным казался значительно меньший срок. Существует, однако, одна возможность, которая может значительно увеличить оценку продолжительности солнечного излучения. Возможно, что при огромной температуре Солнца обычная материя становится радиоактивной, то есть распадается на простейшие формы с выделением большого количества тепла. Если обычное вещество, испытывая такое превращение, выделяет столько же тепла, сколько выделяет при своих превращениях радий, то этот новый источник тепла позволит Солнцу сиять в течение гораздо более продолжительного времени, чем это следует из старой теории. Это лишь некоторая гипотеза, но одна из тех, которые следует серьезно учесть при рассмотрении в будущем вопроса о возможной продолжительности солнечного излучения и, следовательно, времени существования нашей планеты» (The Journal of the Royal Astronomical Society of Canada, Maу - June 1907).
1908 год.
В результате большого цикла исследований Резерфорд пришел к выводу, что альфа-частица является дважды ионизованным атомом гелия. Однако все прежние доказательства этого факта были косвенными, и поэтому Резерфорд вместе с Т. Ройдсом в Манчестерском университете, куда он переехал в 1907 году, ставит исключительно простой эксперимент. объясняющий природу альфа-частицы.
«Необходимо показать, что гелий может быть получен из а-частиц, собранных совершенно отдельно от активного вещества, из которого они вылетают. Это было сделано следующим образом. Очищенная эманация, выделенная из 150 мг радия, сжималась с помощью ртутного столба в тонкой стеклянной трубке длиной около 1,5 см (трубка А на рисунке). Стенки этой трубки были достаточно крепки, чтобы выдержать атмосферное давление, но в то же время настолько тонки, чтобы большинство испущенных а-частиц могло пролететь сквозь них. Трубка с эманацией вставлялась в цилиндрическую стеклянную трубку большего размера Т длиной около 8 см, и диаметром 1,5 см. Эта трубка откачивалась вначале насосом, а затем с помощью угля, погруженного в жидкий воздух. Образующиеся внутри трубки Т газы сжимались с помощью ртути в маленькой вакуумной трубке V, и там исследовались их спектры. Альфа-частицы, испускаемые эманацией, и ее продуктами, пролетали сквозь стенки трубки А, и застревали в стенках внешней трубки. Через 24 часа после введения эманации в сжатом газе не было зарегистрировано никаких следов гелия, и лишь в конце второго дня стала видна желтая линия гелия. Через четыре дня были отчетливо видны желтая, и зеленая линии, а через шесть дней наблюдался практически весь спектр гелия.
Из этих экспериментов мы можем сделать однозначный вывод, что а-частица, утратившая заряд, является атомом гелия» (Philosophical Мagazne, sег. 6. V. 17, р. 281, 1909).
За работы по выяснению природы альфа-частицы Резерфорду в 1908 году присуждается Нобелевская премия.
В поисках метода, которым можно было бы обнаружить отдельные альфа-частицы, Э. Резерфорд и Г. Гейгер создают газоразрядный детектор заряженных частиц, названный впоследствии «гейгеровским счетчиком»
«Испущенная радием а-частица образует в газе всего около 80 000 ионов. Эту ионизацию от одной а-частицы можно было бы зарегистрировать электрическими методами с помощью чувствительного прибора. Однако эффект слишком мал, и точно измерить его трудно. Чтобы преодолеть эту трудность, мы применили метод, который автоматически увеличивает ионизацию от одной а-частицы в несколько тысяч раз, и тем самым сделали электрический эффект легко наблюдаемым с помощью обычного электрометра. В основе этого метода лежит следующее явление, открытое Таунсендом при наличии сильного электрического поля ион, двигаясь в газе низкого давления, образует за счет столкновений с молекулами газа новые ионы. Если величина электрического поля близка к пробойному значению, единичный ион, образующийся в газе за счет внешних воздействий, рождает на своем пути при столкновениях несколько тысяч новых ионов.
Экспериментальное устройство представляло собой латунную трубку, вдоль оси которой проходила тонкая изолированная проволока А, соединенная с электрометром. При давлении газа около 2 см ртутного столба между латунной трубкой, и проволокой создавалась разность потенциалов около 1 000 вольт. Альфа-частицы вводились через маленькое отверстие С диаметром около 2 мм на конце трубки, закрытое тонкой слюдяной пластинкой. Для того, чтобы «-лучи образовывали узкий пучок, активное вещество в виде тонкой поверхностной пленки площадью около одного квадратного сантиметра было расположено в откачанной трубке Е, являющейся продолжением измерительного цилиндра. Расстояние между активным веществом и отверстием составляло обычно 50 - 75 см, а количество активного вещества подбиралось так, чтобы в минуту через отверстие проходило от 6 до 10 а-частиц. При попадании а-частицы в измерительный объем стрелка электрометра резко отклонялась. При благоприятных условиях это отклонение у электрометра с чувствительностью 3 000 делений на вольт составляло около 50 делений. По числу отклонений стрелки электрометра мы можем рассчитать число а-частиц, пролетающих через входное отверстие в минуту» (Procee dings of the Royal Society, s e r. A, v. 81, p. 141, 1908).
Счетчик Резерфорда - Гейгера впервые позволил зарегистрировать один атом вещества по его электрическому воздействию. Вскоре после создания новый прибор был успешно применен для определения заряда электрона.
«В 1908 году Гейгер, и я подсчитали число а-частиц, вылетевших из определенного количества радия, и затем определили общий заряд, который они перенесли. Для единицы заряда мы получили значение 4,65х10^-10 электростатических единиц, - значительно большее, чем величина 3,4 x 10^-10 эл. ст. единиц, ранее выведенная Томсоном. Однако мы не думали, что наш метод является вполне точным. В этой связи интересную историю рассказал мне однажды Планк. Когда он выдвинул свою квантовую теорию света, то она не сразу завоевала доверие, частично из-за того, что согласно этой теории, заряд электрона должен быть равен 4,7 x 10^-10, в то время, как общепризнанной величиной считалась 3,4 x 10^-10. Это противоречие мучило, и самого Планка, но, когда Гейгер и я обнародовали величину 4,65 x 10^-10, он поверил в справедливость своей теории»
1911 год.
В Манчестере Резерфорд начинает изучать законы прохождения альфа-частиц через вещество. Стремясь выяснить, каким должно быть электрическое поле внутри атома, чтобы обусловить наблюдаемый закон рассеяния, Резерфорд приходит r выводу, что весь положительный заряд сосредоточен в центре атома, в небольшом сгустке вещества. Резерфорд называет его ядром. Так родилась ядерная модель атома, которая легла в основу теории атомов, и спектров, созданной Нильсом Бором.
«В Манчестере я наблюдал рассеяние а-частиц, а Гейгер в моей лаборатории подробно изучал его. На тонких листках тяжелых металлов он обнаружил, что рассеяние обычно мало, порядка одного градуса. Однажды Гейгер пришел ко мне и говорит «Не думаете ли Вы, что молодой Марсден, которого я обучаю радиоактивным методам, должен начать небольшое исследование?» Я думал то же самое, и поэтому сказал «Почему бы не попросить его посмотреть, не могут ли некоторые а-частицы рассеиваться на большой угол?» Я не предполагал, что они могут так рассеиваться, так, как мы знали, что а-частицы очень быстры и массивны, обладают очень большой энергией, и если сильное рассеяние считать результатом накопления некоторого числа слабых рассеяний, то вероятность рассеяния назад для а-частицы очень мала. Как я помню, через два или три дня ко мне пришел очень возбужденный Гейгер и сказал «Нам удалось наблюдать альфа-частицы, возвращающиеся назад». Это было самое невероятное событие, которое я, когда-либо переживал. Это было почти столь же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в листок папиросной бумаги, а он вернулся бы назад, и угодил в вас. Поразмыслив, я понял, что это обратное рассеяние должно быть результатом однократного столкновения, и, когда я произвел расчеты, я увидел, что невозможно получить величину того же порядка, если только вы не рассматриваете систему, в которой большая часть массы атома сконцентрирована в малом ядре. Тогда у меня родилось представление об атоме с малым массивным центром, несущим заряд»
Так вспоминал Резерфорд об открытии ядра в 1936 гидр. 4 вот, как писал он об этой впервые в научной статье в 1911 году.
«Большие отклонения указывают на существование очень интенсивных электрических или магнитных полей внутри атома. Чтобы объяснить эти результаты, необходимо предположить, что атом состоит из заряженного массивного ядра, размеры которого очень малы по сравнению с общепринятой величиной атома. В этом положительно заряженном ядре сосредоточена большая часть массы атома, и оно окружено на некотором расстоянии системой отрицательных электронов, число которых равно результирующему положительному заряду ядра. В этих условиях вблизи ядра существует очень интенсивное электрическое поле, и большие отклонения а-частицы при встрече с отдельным атомом происходят в том случае, когда частица проходит вблизи ядра. Предполагая, что электрические силы между а-частицей и ядром в прилегающей к ядру области изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния, автор (Резерфорд) получил соотношение, связывающее число рассеянных на некоторый угол а-частиц с зарядом ядра, и энергией а-частицы (это соотношение известно ныне, как формула Резерфорда)» (Philosophical Magazine, ser. 6, v. 21, p.. 669, 1911).
«Я нашел, что число частиц, рассеивающихся под данным углом, должно быть пропорционально толщине рассеивающей фольги, квадрату заряда ядра и обратно пропорционально четвертой степени скорости. Этот вывод в дальнейшем был проверен Гейгером, и Марсденом серией великолепных экспериментов»
1919 год.
Удивительная наблюдательность Резерфорда вновь проявилась в опытах по рассеянию альфа-частиц в газах. В этих экспериментах впервые было осуществлено искусственное расщепление атомов вещества.
При наблюдении сцинтилляций (вспышек света) на экране из сернистого цинка под действием альфа-частиц часто оказывалось, что из источника наряду с альфа-частицами вылетают другие частицы с гораздо большей скоростью. Для изучения этого явления Резерфорд делает очень простой прибор Герметическую камеру /I через два крана можно заполнить газом при различных давлениях. D - источник альфа-лучей, /•’ - экран, на котором наблюдаются сцинтилляции с помощью микроскопа М. Экран отделен от источника альфа-лучей серебряной пластинкой S, а между пластинкой, и экраном можно вставлять алюминиевые листики, уменьшающие энергию альфа-частиц, а, следовательно, и длину их пробега. Если камеру откачать или заполнить сухим кислородом или углекислым газом, и измерить зависимость числа сцинтилляций от суммарной толщины алюминиевых листков (ее можно выразить через толщину слоя воздуха, обеспечивающего такое же поглощение), то получается кривая А на рисунке.
«Неожиданный эффект, однако, был обнаружен, когда в камеру ввели сухой воздух. Число сцинтилляций не уменьшилось, а возросло, и для поглощения, соответствующего примерно 19 см воздуха, это число стало примерно вдвое больше, чем для вакуума. Из этого эксперимента было ясно, что а-частицы при прохождении через воздух дают начало новым длиннопробежным сцинтилляциям, яркость которых для глаза кажется примерно равной яркости сцинтилляций от водорода.
На основе полученных результатов трудно удержаться от заключения, что длиннопробежные атомы, возникающие при столкновениях а-частиц с азотом, являются не атомами азота, а, по-видимому, атомами водорода или атомами с массой 2. Если это действительно так, то мы должны сделать вывод, что атом азота распадается под действием громадных сил, развивающихся при близком столкновении с быстрой а-частицей, и, что освобождающийся атом водорода является составной частью ядра азота.
Если принять со внимание громадную энергию движения «-частицы, испускаемой радием, то близкое столкновение такой «-частицы с легким атомом представляется наиболее подходящим средством разрушения ядра. Силы, возникающие в ядре при таких близких столкновениях, по-видимому, являются наибольшими из всех, которые могут быть получены в настоящее время доступными способами. В целом результаты указывают, что если экспериментально станет возможным получать «-частицы или подобные им снаряды еще большей энергии, то мы могли бы, по-видимому, разрушить ядерную структуру многих легких атомов» (Philosophical Magazine, s е г. 6, V. 37, р. 581, 1919).
1919 год.
Эрнест Резерфорд получает кафедру в Кембридже, становится директором Кавендишской лаборатории - эту должность он занимал до конца своей жизни. В 1920 году он читает знаменитую «Вторую Бэйкерианскую лекцию». Поразительна интуиция ученого. который за 12 лет до открытия нейтрона предсказал возможность его существования, подробно описал его свойства, предвидел открытие изотопов водорода и гелия.
«Кажется весьма правдоподобным, что один электрон может связать два ядра водорода, а возможно, образовать связанное состояние даже с одним ядром. В первом случае это влечет за собой возможность существования атома с массой около 2, и одним зарядом, который нужно рассматривать, как изотоп водорода. Второе предположение приводит к возможности существования атома с массой 1 и нулевым ядерным зарядом. Подобное образование представляется вполне возможным. С современной точки зрения нейтральный атом водорода следует рассматривать, как ядро с единичным зарядом, к которому на некотором расстоянии присоединен электрон; спектр водорода приписывается движению этого электрона. Однако при некоторых условиях электрон может быть связан с ядром водорода намного сильнее, образуя нечто вроде нейтрального дублета. Подобный атом обладал бы удивительными свойствами. Его внешнее поле практически должно равняться нулю, за исключением очень малой окрестности ядра, и вследствие этого он обладал бы способностью свободно проходить через вещество. Существование такого атома, вероятно, трудно было бы обнаружить с помощью спектроскопа, и его нельзя было бы удержать в закрытом сосуде. С другой стороны, он легко проникал бы в атомную структуру, и мог бы либо соединяться с ядром, либо разрушаться под действием интенсивного поля ядра, возможно, приводя к вылету заряженного атома водорода или электрона, или же их обоих» (Proceedings of the Rоyаl Sосiеtу, s е г. Л, V. 97, р. 374, 1920*
«В высшей степени важно подчеркнуть большое значение ядерного заряда для характеристики физических и химических свойств элементов, так, как совершенно очевидно, что число, и распределение внешних электронов, определяющие большинство химических и физических свойств, обусловлены общим зарядом ядра. Как это следует из теоретических соображений, и подтверждается экспериментально, истинная масса ядра оказывает незначительное влияние на расположение внешних электронов и их колебания.
Поэтому вполне возможно представить себе существование элементов с совершенно одинаковыми физическими, и химическими свойствами, но с разными массами, так, как при одном и том же ядерном заряде возможны различные устойчивые комбинации структурных единиц, из которых построено сложное ядро»
1933 год.
В Кембридже Резерфорд продолжает свои исследования по искусственному расщеплению веществ, руководит работами своих многочисленных учеников. Совместно с М. Олифантом, и Г. Кинси он осуществляет первую ядерную реакцию с ядрами тяжелого изотопа водорода - дейтерия
Бомбардируя ионами дейтерия мишень из лития, Резерфорд, Олифант и Кинси измеряли длины пробега вылетающих частиц.
«Распределение пробегов частиц из лития показано на рисунке. Кривая поглощения показывает, что ионы тяжелого изотопа водорода образуют из лития две группы частиц, из которых наиболее энергичная группа обладает вполне определенной энергией, соответствующей среднему пробегу 13 см. Во второй группе частиц распада наблюдается полное смешение энергий. Мы можем предположить, что широкий диапазон пробегов частиц обусловлен тем, что при распаде испускаете» три тела» (Proсееdings of the Royal Society, s e r. A v. Ill, p. 722, 1933).
В ходе эксперимента были идентифицированы две реакции с тяжелым водородом.
Впервые в научные статьи входит символическая запись ядерных реакций:
1971_08_09_11.jpg
В первой реакции образуются две альфа-частицы, во второй - две альфа-частицы и нейтрон.
Портрет. Имя. Даты жизни. И на оборотной стороне - символическое изображение эксперимента, с которого началось проникновение в мир атома, схема рассеяния альфа-частиц.
Так выглядит медаль, присуждаемая за выдающиеся научные исследования Институтом физики, и Физическим обществом Великобритании. Медаль носит имя Резерфорда, ученого, который своими работами на многие годы вперед определил развитие физики.
Треть века прошла со дня смерти. Но, и сегодня его высказывания поражают нас своей прозорливостью, научной интуицией (он распознал мощь радиоактивных методов исследования, огромную энергию, заключенную в атоме, хотя экспериментальные данные того времени еще не обещали возможности ее практического использования - цепная реакция деления урана Резерфорду были неизвестна), глубиной, четкостью оценок, и выводов (интересны его мысли о преемственности научной деятельности, о связи теоретических, и прикладных исследований).
«Превращения элементов происходят обычно в ничтожных масштабах, и лишь из-' редка количество образующегося при превращении вещества может быть взвешено или видимо. Однако наши методы обнаружения, и распознавания образующихся при превращении движущихся частиц так необычайно чувствительны, что даже самое ничтожное по своим масштабам превращение вызывает весьма значительный эффект в наших измерительных приборах. Достоверность наших методов обнаружения, и анализа быстрых частиц во многих случаях выше, чем достоверность обычных химических методов, даже если предположить, что количество превращенного вещества было бы достаточно велико, чтобы его можно было подвергнуть химическому анализу»
«Если бы мы могли настолько ускорить радиоактивные процессы в уране, и тории, чтобы полный цикл их распада вместо обычных тысяч, и миллионов лет завершался бы в течение нескольких дней, эти элементы, конечно, стали бы весьма удобными источниками энергии, и представляли значительный практический интерес. К сожалению, несмотря на многочисленные экспериментальные попытки, не получено никаких доказательств того, что скорость распада этих элементов может быть изменена хотя бы в самой незначительной степени с помощью даже самых мощных экспериментальных методов воздействия»
«В наши дни господствует весьма ложное представление будто бы прогресс в науке протекает под знаком разрушения прежних, прочно установленных теорий. Если это, и бывает, то чрезвычайно редко. Например, часто утверждают, что общая теория относительности Эйнштейна ниспровергает работу Ньютона по гравитации. Нет утверждения более далекого от истины. Их работы действительно едва ли сравнимы, ибо каждый имел дело с различными областями мысли. По отношению к работе Ньютона работы Эйнштейна - это просто обобщение, и расширение основ, поистине типичный случай математического, и физического развития. Вообще говоря, выдающийся закон никогда не отбрасывается, а лишь видоизменяется, приобретая более полное, и устойчивое обоснование»
«Наука подвигается шаг за шагом, и успех любого исследователя обусловлен трудом его предшественников. Если вам стало известно внезапное, неожиданное открытие - как говорится, гром среди ясного неба, - вы можете быть уверены в том, что оно выросло под влиянием одних людей на других. Именно это взаимное влияние открывает необычайные возможности прогресса науки. Ученые питаются не идеями отдельного человека, а объединенной мудростью тысяч людей, размышляющих над одной, и той же проблемой. Каждый вносит свою небольшую лепту в великое здание знания, которое воздвигается постепенно»
«Необычайно вредно тратить большие средства на очередное лобовое решение, какой-либо важной технической проблемы, когда ее решение может быть достигнуто за счет расширения наших знаний в, какой-то другой области науки и потребует для этого, возможно, пустячных средств. Я ни в коем случае не хочу критиковать распределение средств на чистые, и прикладные не следования, я хочу лишь подчеркнуть, как трудно распределять средства между чистыми и прикладными исследованиями, чтобы обеспечить наилучшие результаты»
«Следя за успехами физики, я все больше поражаюсь мощью научного метода познания Природы. Эксперимент, поставленный дисциплинированным мышлением одного исследователя или, еще лучше, группы различно мыслящих ученых, способен привести к результатам, далеко превосходящим одни лишь умозрения даже крупнейшего мыслителя. Эксперимент без теоретических умозрений или умозрения вне связи с экспериментом значат весьма немного, и для действительного прогресса необходимо счастливое сочетание и того, и другого. Неизвестное встает перед человеческим взором густым туманом. Проницая этот мрак, мы не можем звать на помощь сверхчеловеков и должны полагаться на совместные усилия просто людей. Каждый достигает кое-чего в своей отдельной области с помощью научных методов, и его работа оказывается полезной всем другим. Время от времени возникает блестящая концепция, основанная на накопленных знаниях, которая освещает большую область, и обнаруживается связь отдельных усилий, завершившихся общим успехом. Этот успех расширяет поле деятельности, и дает более совершенное оружие. Возникшая концепция часто кажется простой и очевидной после того, как она выдвинута. Это - типичное явление, и ученый часто испытывает разочарование от того, что он сам не предвидел развитие, которое в конце концов оказалось таким простым и неизбежным»
«Интеллектуальный интерес, обязанный своим происхождением быстрому развитию науки, сегодня является для молодых людей стимулом к объединению в научной работе. В любой области знаний имеются многочисленные нерешенные проблемы, представляющие фундаментальный интерес, и значение. Мы с уверенностью можем предсказать ускоренный рост научных открытий, несомненно, полезных человечеству в материальном, а возможно, еще более и в интеллектуальном смысле. Чтобы достичь наилучших результатов, должны быть выполнены, однако, определенные условия. Необходимо чтобы наши университеты, и другие специальные институты щедро финансировались, с тем, чтобы они не только являлись местом соответствующей подготовки молодых талантливых исследователей, но и были центрами активных исследований. В то же время должна быть оказана материальная поддержка лицам, проявившим способность к самостоятельному исследованию. Мир во всем цивилизованном мире является залогом успешного развития науки, и общего благосостояния. Наука поистине интернациональна, и для ее прогресса' объединение народов так же существенно, как, и совместная работа отдельных ученых»
Фото В. Веселовского и Ю. Заенчика.
