Истории о «ненужных» открытиях - Виктор Давыдович Пекелис
Ученый установил, что помещенный в магнитное поле источник беккерелевых лучей давал два вида излучения: альфа-лучи, заряженные положительно (позже их назвали альфа-частицами), и бета-лучи, заряженные отрицательно. Впоследствии было открыто и не имеющее заряда гамма-излучение, тоже испускаемое ураном. Молодой ученый пришел к выводу, что альфа-частицы всегда оказываются атомами гелия.
Альфа-частицам в работах Эрнеста Резерфорда принадлежит особая роль, с ними связаны все без исключения великие открытия великого физика. И не удивительна поэтому и та особая привязанность к ним ученого, и тс выразительные слова, которые пашсл для пих он, написав позже статью «Биография альфа-частицы». А в доказательство своего утверждения, что альфа-частица – атом гелия, вызвавшего сомнение у многих его коллег, Резерфорд проделал простой и убедительный опыт.
Ученый взял три трубки разного диаметра. Самую узкую и тонкую, со стенками толщиной всего 0,01 мм, с радиоактивным газом радоном, испускавшим альфа-частицы, способные проникать через стенки трубочки, оп поместил в другую трубку, из которой предварительно откачали воздух и с помощью спектрографического анализа установил отсутствие гелия.
Через несколько дней там обнаружили газ. Повышая давление, газ концентрировали в третьей – разрядной трубке и пропускали электрический заряд. Затем снова делали спектральный анализ. И он констатировал присутствие в третьей трубке гелия.
Но исследования радиоактивного излучения пока ничего не говорили о его природе, все еще оставалось неясным, что же такое радиоактивность?
Чтобы это выяснить, Резерфорд начал опыты с радиоактивным торием, исследуя его физические свойства, а затем – совместно с химиком Фредериком Содди – занялся экспериментами в химической лаборатории. В результате двухлетней работы ученые установили интересный факт: где бы ни оказывался торий, появлялся новый элемент – торий-Х, который в свою очередь образовывал газ, названный Резерфордом эманацией тория.
При всех этих превращениях наблюдалось выделение энергии – то есть вновь образованные вещества были радиоактивными. В 1902 году исследователи опубликовали статью «Причина и природа радиоактивности» и высказали догадку: радиоактивные атомы неустойчивы и стремятся перейти в устойчивое состояние. С этой «целью» они проходят путь отдельных самопроизвольных распадов. И радиоактивность, таким образом, – самопроизвольный переход одних элементов в другие…
Через два года увидела свет книга Резерфорда «Радиоактивные вещества и их излучения».
Труд, впервые вышедший в Кембридже, переиздавался в разных странах и принес заслуженную известность его автору.
Книгу признал даже недоверчивый и строгий в оценках физик Релей. Он писал: «Кпига Резерфорда не имеет себе равной в качестве авторитетного изложения известных свойств радиоактивных тел. Большей части этих знаний мы обязаны самому автору. Его изумительная энергия на этом поприще возбудила всеобщее восхищение. В течение нескольких лет едва ли проходил месяц без его личного вклада или вклада его учеников, которых он увлек этой проблемой; но что еще более удивительно – во всей этой массе работ вряд ли найдется вывод, который в настоящее время оказался бы плохо обоснованным».
За «Радиоактивные вещества» английскому физику была присуждена Нобелевская премия – вторая за работы в этой области; первой были удостоены Анри Беккерель и супруги Кюри.
Да, Резерфорд много уже знал о радиоактивности, и все-таки главные его открытия были впереди. Будущий их автор – человек, которого ценили за умение проводить работы так, что в них не было выводов, плохо обоснованных, занимался со своими учениками наблюдением за рассеянием альфа-частиц, проходящих через очень тонкие металлические пластинки.
Некоторые альфа-частицы вели себя более чем странно. Вместо того чтобы, как обычно, проходить через пластинку, немногие из них резко меняли свой путь, а отдельные вообще отскакивали назад к радоновому излучателю, из которого они выбрасывались вначале.
Резерфорд впоследствии говорил, что странное поведение единичных «нарушительниц порядка» произвело па него значительное впечатление: «Это было почти неправдоподобно, как если бы вы выстрелили пятпадцатифунтовым снарядом в листок папиросной бумаги и снаряд отскочил бы обратно и поразил бы вас». А ведь согласно модели Томсона, альфа-частицы, несущиеся с огромной скоростью, должны были бы пронизывать атом беспрепятственно.
Но единичные-то альфа-частицы отскакивали! От чего? Ведь положительно заряженные, они могли отскочить только от мощной положительно заряженной преграды, поскольку одноименные заряды отталкиваются. Те же альфа-частицы, которые свободно проходили через пластинку, преграды не встречали.
Что же, модель атома Томсона неверна, неправильна?
Резерфорд продолжал исследования и все более и более убеждался в правильности своих выводов. На их основе он сделал открытие: построил новую модель атома.
В центре атома, доказывал Резерфорд, сосредоточен весь положительный заряд – ядро. Вокруг ядра, как планеты по орбитам, вращаются отрицательно заряженпые электроны. Сколько электронов, столько и положительно заряженных частиц в ядре, поэтому атом нейтрален. Электрические силы притяжения между ядром и электронами уравновешиваются центробежными силами, возникающими при вращении электронов по орбитам вокруг ядра. Бомбардируя же электронами атомы водорода, Резерфорд обнаружил, что они из нейтральных становились положительными.
Поскольку было известно, что в атом водорода входит один положительный заряд и одип электрон, напрашивался логический вывод: положительный заряд – не что иное, как ядро атома водорода.
Эту положительно заряженную частицу ученый предложил назвать протоном.
К 1914 году стали известны уже две элементарные частицы – электрон и протон.
Хотя картина атома, нарисованная Резерфордом, была, как показало время, незаконченной и нужны были теоретические расчеты Нильса Бора и дальнейшие исследования структуры атома, модель атома Резерфорда имела огромное значение для науки.
Резерфордовский атом ломал установившееся мнение о материи, взгляды на ее строение. Гениальные слова В. И. Ленина, написанные им еще в 1908 году о неисчерпаемости атома и электрона, подтверждались работами английского физика, как подтверждалось незыблемое ленинское положение о том, что изменение представления людей о материи не изменяет ее независимости от нашего сознания, а бесконечная ее сложность уравновешивается бесконечной способностью людей познавать законы природы.
Сам Резерфорд воспринимал свою модель атома как трамплин к познанию неоткрытых свойств материи, познанию новых свойств атома.
В 1914 году началась мировая война. В эти трудные годы, казалось бы мало располагающие к занятию наукой, один пз учеников великого физика Генри Мозли установил еще одну закономерность, присущую атому. Молодой ученый доказал, что число положительных зарядов в ядре определяет порядковый номер элемента в периодической системе Менделеева.
Элементы, стоявшие в начале таблицы, имели меньше протонов, чем стоявшие в ее конце. У первого элемента – водорода – был один протон, у последнего из известных тогда – урана – 92!
Не вытекает ли из открытия Мозли, спрашивал себя Резерфорд, способность превращения одного элемента в другой, если каким-то образом воздействовать на ядро, заставить его отдать
