История атомной бомбы

Чтобы ничего не упустить из виду, Бор склеивает разлинованные листы со своими расчетами в длинный свиток, разворачивая его в разговорах с Резерфордом, словно ученый библейской древности. И постепенно из его числовых рядов и формул начинают проступать «кольца Сатурна»: на одном таком «кольце» могут вращаться до восьми электронов. При этом они не теряют энергию и, следовательно, не могут упасть на ядро. Так сохраняется стабильность атома. Но если химию атома определяют число и порядок электронов, то по числу электронов можно установить, имеешь ли дело с атомом гелия, золота или натрия. И поскольку атомы всех элементов электрически нейтральны, число положительно заряженных частиц в ядре в точности соответствует числу отрицательно заряженных электронов.

Удивительным образом из соображений Бора вытекает еще одно числовое соотношение, исполненное смысла. Ведь в химической периодической системе элементы расположены по атомному весу. Легкий водород стоит на первом месте, тогда как уран, как самый тяжелый элемент, на 92-м и — по состоянию науки на текущий 1913 год — последнем месте. Числа этого ранжирного весового списка называются порядковыми номерами элементов. И вот выясняется, что, например, атом магния с порядковым номером 12 имеет также 12 электронов, в железе — 26-м номере периодической системы — ядро окружают ровно двадцать шесть электронов, а ртуть с номером 80 также обладает ровно восемьюдесятью электронами. С этим полным соответствием порядкового номера элемента числу его электронов «атом-Сатурн» Резерфорда постепенно превращается в атомную модель Резерфорда — Бора, которая открывает новые взаимосвязи между физикой и химией элементов.

Электроны движутся не по всем геометрически возможным, а лишь по «разрешенным» орбитам с точно определенным радиусом вращения вокруг ядра, при этом они не отдают энергию. Только если электрон «спрыгивает» с одной такой прочной орбиты на соседнюю с более низким энергетическим уровнем, он излучает количество энергии, которое производит типичные для этого элемента спектральные линии — например, зеленую, синюю и желтую у бария. Занимаясь математикой этих линий, Бор наталкивается на матрицу решетки и делает при этом поразительное открытие: формулу легко можно преобразовать так, что в ней выявляется постоянная Планка h. Она работает и здесь, поскольку прыгающий электрон излучает энергию порциями, строго отделенными друг от друга: квантами Макса Планка. А это означает: атом Резерфорда — Бора подчиняется законам квантовой теории.

Когда немного погодя становятся известны первые совпадения экспериментальных данных с теорией Бора, не кто иной, как Альберт Эйнштейн, посвящает Бора в рыцари: «Это огромное достижение. Оно доказывает, что теория Бора верна». Другие физики далеко не в восторге. Со стороны геттингенских семинаров, например, Бор видит как смущенное молчание, так и нескрываемый ужас перед этой государственной изменой классической физике. В ноябре 1913 года некоторые заключения Бора и впрямь могли казаться еще слишком умозрительными и недостаточно обоснованными, однако сам он знает точно, что находится на верном пути. В Манчестере и Копенгагене в это время идет очень осторожная прорисовка плана строения самой природы. Промерены энергетические уровни, определены геометрические соотношения. Они противоречат старым теориям. Постоянная Планка, судя по всему, оказалась в сознании физиков-первопроходцев чем-то вроде Полярной звезды для успешной навигации сквозь еще неизведанные пространства атомной физики. Резерфорд целиком на стороне Бора, Эйнштейн в полном восторге, да и Планк вообще-то должен чувствовать себя польщенным, что его открытие тринадцатилетней давности, как оказалось, играет решающую роль на этом фундаментальном уровне природы.

Глава 3. Протон

Знаток Бетховена, прогуливаясь дивным июльским вечером 1914 года по Грюневальду — берлинскому кварталу вилл, — мог опознать волнующее andante cantabileиз фортепьянного трио номер 7 си-бемоль мажор. Музыка льется из полуоткрытых окон виллы на Вангенхаймер-штрассе 21. Построенный в 1905 году дом основателен, но не помпезен и выдержан в холодных, строгих формах как снаружи, так и внутри. Стиль поведения хозяина дома также считается среди его коллег и сотрудников скорее сдержанным и официальным. Однако те, кто знает его поближе, ценят его как добросердечного, участливого друга и компанейского любителя музыки. Многие мечтают о приглашении на его домашние концерты. Отто Ган здесь постоянный гость. Возможно, уличному прохожему, который прислушивается к музыке, известно, что здесь живет со своей семьей тайный советник Макс Планк.