Неслучайные случайности

Тем не менее факт оставался фактом, и Резерфорд тут же и сам в этом убедился. Отдельные альфа-частицы отскакивали от металлической фольги, словно на что-то натыкаясь. Тогда Марсден, по совету Резерфорда, продолжил опыт, увеличив толщину металла; вместо одной тонкой фольги взял две, потом три, потом целую пачку. Нужно было убедиться, происходит ли отскакивание частиц и в глубине металла, не есть ли это только поверхностный эффект. Толщина одной фольги соответствовала, согласно модели Томсона, двум тысячам атомов. Когда Марсден сложил пачкой пять пластинок, атомов стало десять тысяч. И все равно процесс отскока продолжался в глубине вещества, и, чем толще становилась пачка, тем больше частиц отлетало назад, и когда Марсден и Гейгер подсчитали их количество, то оказалось, что, хотя оно составляет небольшую долю по сравнению с проскочившими частицами — одна на восемь тысяч, — все же растет прямо пропорционально толщине пачки.

Это могло означать только одно: альфа-частица на что-то наталкивалась при своем полете, какое-то мощное электрическое поле, заряженное так же, как и она, положительно, отшвыривало ее в сторону. Но в «пудинге с изюмом» не было таких сил, и, значит… и, значит, «пудинг с изюмом» надо было убирать с праздничного стола физики: старая модель Томсона не вязалась с новыми фактами.

Резерфорд не сразу пришел к такому революционному выводу, но довольно быстро. Уже через три недели он сделал первые расчеты, ниспровергающие томсоновскую модель. Тем временем Марсден и Гейгер оформили свои наблюдения в виде статьи, и летом 1909 года она была зачитана перед членами Королевского общества в Лондоне, и, как отмечали старожилы, Марсден был самым молодым автором, представшим перед маститыми учеными Англии. Это была не единственная радость, которую принесла ему его неожиданная находка: он закончил Манчестерский университет с высшим отличием, и его вклад в науку был оценен степенью бакалавра физических наук.

К зиме 1910 года Гейгер описал свои эксперименты по рассеянию альфа-частиц, проходящих сквозь фольгу, и отправил статью в печать. Все в этой статье было хорошо, и все вязалось с прежним представлением об атоме, кроме некоторых «сумасшедших» частиц, вытворяющих то, что им совершенно не положено; по расчетам Гейгера выходило, что вероятность их отклонения на 90Ї была такой ничтожной, что ее нельзя было принимать в расчет. И все же, поскольку верны были и эксперименты Марсдена, то ее надо было принимать в расчет. Как все это примирить, ни Марсден, ни Гейгер не знали, но это уже знал их учитель.

С февраля по декабрь 1910 года он засадил всех своих сотрудников за эксперименты: ему нужны точные цифры, как можно больше цифр, только расчеты могут рассеять сомнения. К декабрю их накопилось достаточно, и Резерфорд смог взяться за вывод формулы, увязывающей эксперимент Марсдена со строением атома. Сопоставив два очевидных факта — свободный пролет альфа-частиц сквозь атомы вещества и редкие отклонения в сторону, — Резерфорд пришел к совершенно новой, идущей вразрез со всеми канонами физики модели атома.

По его подсчетам выходило, что атом представляет собой не равномерно заполненную сферу, а маленькое подобие Солнечной системы; в центре массивное положительное ядро, а вокруг вращаются отрицательные электроны, которые удерживаются на своей орбите благодаря центробежной силе, уравновешивающей силу притяжения. Новая модель прекрасно примиряла казавшиеся непримиримыми опыты Гейгера и Марсдена. Становилось ясно, почему большая часть альфа-частиц проскакивает атом, как будто он пустой. Он и был, по существу, пустой, так как радиус ядра получался равным одной десятитысячной радиуса среднего атома. И становилось ясным, почему меньшая их часть меняет свой путь: это происходит в тех редких случаях, когда частица пролетает вблизи ядра и либо сталкивается с ним, либо отклоняется его сильным электрическим полем.

К февралю Резерфорд закончил расчеты; март ушел на то, чтобы дать возможность Гейгеру еще раз их тщательно проверить и увязать со своими опытами; и в апреле все было кончено: все сходилось, все было «зер гут», как сказал Гейгер, и «о'кей», как сказал Резерфорд.

Статья Резерфорда, направленная в этом же месяце в «Философский журнал», орган Королевского общества, произвела такое ошеломляющее впечатление на редакторов и на руководство Королевского общества, что ее решили, вопреки всем традициям, печатать немедленно, тут же, вставив в уже почти готовый номер. Для этого даже пришлось снять менее значительную статью; кому-то не повезло.

Но физике и науке в целом повезло очень: уже в майском номере журнала появилась статья профессора Резерфорда, возвестившая о рождении новой планетарной модели атома — будущей основы всей атомной физики.